水聲陣列信號仿真聲傳播快速計算方法研究.pdf

1、水聲陣列信號仿真旨在為聲納陣列信號處理提供實時、逼真的實驗數(shù)據(jù)，在不考慮時間因素的情況下，現(xiàn)有仿真方法已經(jīng)能夠提供較為逼真的陣列端仿真信號。由于海洋信道的復(fù)雜性與多變性，陣列信號仿真中聲傳播計算部分運算量巨大，如何為聲納陣列信號處理提供高實時性的仿真信號已成為水聲陣列信號仿真中的重點和難點。本文圍繞水聲陣列信號仿真的實時性問題，分析了水聲陣列信號仿真中聲傳播計算的原理及過程，針對當(dāng)前應(yīng)用最廣的KRAKEN簡正波模型及BELLHOP射線模

2、型，提出了四種聲傳播仿真的快速計算方法，并應(yīng)用于實際的水聲陣列信號仿真系統(tǒng)中。
　　本文主要完成了以下工作:
　　1、分析了聲傳播計算過程中不同參數(shù)對實時性要求的差異，設(shè)計了基于實時性要求的聲傳播計算流程，將實時性要求較低的計算納入到仿真系統(tǒng)預(yù)處理階段完成，實時仿真階段只完成具有高實時性要求的計算，減少了實時仿真過程的數(shù)據(jù)運算量，提升了仿真系統(tǒng)的實時性。
　　2、研究了KRAKEN簡正波模型輸出模式參數(shù)隨聲源頻率的變化

3、規(guī)律，提出了基于頻率插值的KRAKEN模型寬帶信號仿真模式參數(shù)計算方法，分析了插值計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，解決了寬帶信號仿真中因頻繁調(diào)用KRAKEN模型計算模式參數(shù)導(dǎo)致的計算時間過長的問題。
　　3、提出了基于相位補(bǔ)償?shù)母咝Ц道锶~合成寬帶信號仿真方法，解決了聲傳播計算過程中由于信號群時延存在導(dǎo)致的傅里葉合成信號過長、計算速度較低的問題，提升了計算速率。
　　4、針對實時水聲陣列信號仿真中信道濾波器階數(shù)受限的問題，研究了濾波器階數(shù)約

4、束條件下基于時延排序的本征聲線篩選方法，以本征聲線篩選前后信道輸出信號能量之比作為篩選效果的評判依據(jù)，分析了該方法的可行性。
　　5、研究了聲場模型在實時信號仿真中的適用性問題，分析了不同信號頻率下BELLHOP射線模型的本征聲線結(jié)構(gòu)，討論了BELLHOP模型不同頻段下信道計算精度及寬帶信號仿真中KRAKEN模型計算速度特性，為水聲陣列信號仿真中信道模型的選取提供了參考。
　　6、搭建了實時水聲陣列信號仿真系統(tǒng)的總體框架，設(shè)