一種開放式陣列信號的仿真方法
【專利摘要】本發明公開了一種開放式陣列信號的仿真方法，該方法包括以下步驟：第一步：獲取水聲目標的實時的目標運動軌跡；第二步：獲取水聲目標輻射噪聲信號；第三步：測算等間隔排列的線陣陣形畸變后各個陣元的坐標；第四步：生成實時的海洋信道脈沖響應序列；第五步：無陣元隨機抖動情況下，生成陣元信號；第六步：出現隨機抖動時，第i7號陣元實際生成的陣元信號；第七步：獲取陣元的實時海洋環境噪聲信號；第八步：獲得被動聲納陣列信號。該仿真方法使得陣列信號仿真系統具有開放性。
【專利說明】一種開放式陣列信號的仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于信號處理領域，具體來說，涉及一種開放式陣列信號的仿真方法。
【背景技術】
[0002]傳統的水聲陣列信號仿真系統結構單一。一方面，傳統的水聲目標運動軌跡仿真大都是對典型運動方式的仿真，如:直線航路、周(圓弧)航路和蛇形追蹤航路。其中，直線航路是魚雷攻擊目標最常見的方式；圓周(圓弧)航路是目標調準航跡的主要方式之一，其主要特點是目標在水平面內作等半徑的圓弧運動；蛇形追蹤航路是潛艇跟蹤和偵查敵方目標的一種主要方式，它包括兩個部分:蛇形運動和追蹤。但是這幾種典型的運動方式都局限于平穩運動，運動方式單一，不能仿真非平穩目標運動軌跡；一方面，我國的海域遼闊海洋環境復雜多變，同一海域的海洋信道也會隨氣候洋流等的變換而不同，而傳統的水聲陣列信號仿真系統只能做到對特定海洋環境下海洋信道的仿真，顯然這是不夠的。一方面，一般的水聲目標輻射噪聲信號仿真根據譜特性將目標輻射噪聲劃分為線譜、時變調制譜和平穩連續譜三大譜分量分別進行建模仿真。若想使仿真信號逼近某一具體艦船的輻射信號則需對仿真參數進行精確設置，但有時并不具備這些參數信息；另一方面，隨著現代水聲計算的發展，對能夠兼容實測數據并保留實測數據的特征的被動聲納陣列信號仿真系統的渴望越來越強烈。
【發明內容】
[0003]技術問題:本發明所要解決的技術問題是:一種開放式陣列信號的仿真方法，該仿真方法使得陣列信號仿真系統具有開放性。
[0004]技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
[0005]一種開放式陣列信號的仿真方法，該仿真方法包括以下步驟:
[0006]第一步:獲取水聲目標的實時的目標運動軌跡:首先建立三維直角坐標系:以等間隔排列的線陣末端所在位置為圓心0，以船體拖著等間隔排列的線陣行駛的方向為X軸方向，等間隔排列的線陣擾動的方向為Y軸方向，垂直于海平面、且指向地心的方向為Z軸方向；設置開放式陣列信號仿真系統的抽樣時間是Ts，采樣率為Fs，水聲目標的運動速度為
V,實時的目標運動軌跡為八〃I] nl表示整型變量；
[0007]獲取水聲目標的實時的目標運動軌跡的方法有:第一種方法:基于直線航路、圓周航路或者蛇形追蹤航路的運動方式模擬水聲目標的實時目標運動軌跡；或者第二種方法:基于B樣條擬合的非平穩目標運動軌跡實時仿真方法，獲得實時的目標運動軌跡；
[0008]第一種方法的過程為:當水聲目標的運動方式是直線航路時，設置直線航路的初始位置為(X [O]，y [O], ζ [O])τ,上標T表示轉置；運動速度為V,運動的水平方向角為α，垂 直仰角為Θ，獲得如式(I)所示的直線航路的實時的目標運動軌跡戶[?I]:
【權利要求】
1.一種開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，該仿真方法包括以下步驟: 第一步:獲取水聲目標的實時的目標運動軌跡:首先建立三維直角坐標系:以等間隔排列的線陣末端所在位置為圓心O，以船體拖著等間隔排列的線陣行駛的方向為X軸方向，等間隔排列的線陣擾動的方向為Y軸方向，垂直于海平面、且指向地心的方向為Z軸方向；設置開放式陣列信號仿真系統的抽樣時間是Ts，采樣率為Fs，水聲目標的運動速度為V，實時的目標運動軌跡為汽》|]，m表示整型變量； 獲取水聲目標的實時的目標運動軌跡的方法有:第一種方法:基于直線航路、圓周航路或者蛇形追蹤航路的運動方式模擬水聲目標的實時目標運動軌跡；或者第二種方法:基于B樣條擬合的非平穩目標運動軌跡實時仿真方法，獲得實時的目標運動軌跡； 第一種方法的過程為:當水聲目標的運動方式是直線航路時，設置直線航路的初始位置為(X[O]，y [O], z [O])τ,上標T表示轉置；運動速度為V,運動的水平方向角為α，垂直仰
2.按照權利要求1所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第一步中，基于B樣條擬合的非平穩目標運動軌跡實時仿真方法，獲得實時的目標運動軌跡的過程如下: 步驟101)，獲得實測水聲目標運動軌跡子序列:化簡fs/Fs為最簡分子式，該最簡分子式的分子為M，當M大于10時，則MO = M，當M小于或等于10時，令Q = 2gM，g為從I開始的正整數，且Q為第一次大于10的數時，則MO = Q ;然后將實測水聲目標運動軌跡序列m(n)從起始位置按長度MO截取，從而獲得L段截取的實測水聲目標運動軌跡子序列，最后一段子序列長度為M1，M1小于或等于MO，從第I段到第L-1段中的第i段子序列包含的運動軌跡點為m (MO (1-1) +1)，m (MO (i_l) +2)，…，m (MO (i_l) +MO)，第L段子序列包含的運動軌跡點為 m (MO (L-1) +1)，m (MO (L-1) +2)，…，m (MO (L-1) +Ml) ； i 表示子序列的段號，i 為 I 至 L ;0〈fs〈Fs ； 步驟102):獲取各子序列反求三次B樣條曲線的控制頂點:對每段目標運動軌跡子序列反求三次B樣條曲線的控制頂點，當第L段子序列包含MO個運動軌跡點時，每段子序列的控制頂點為Pi⑴，Pi⑵，…，Pi (M0+1)，Pi (M0+2)；當第L段子序列包含小于MO個運動軌跡點時，前L-1段子序列的控制頂點為Pi⑴，Pi (2)，…，Pi (M0+1)，Pi (M0+2)，第L段子序列的控制頂點為 PL(1)，PL⑵，…，PL(Ml+l)，pL(Ml+2)； 步驟103):獲取各子序列在采樣率Fs下的目標運動軌跡:利用獲得的各段子序列的控制頂點分別作三次均勻B樣條擬合，獲得從第I段到第L-1段中的第i段子序列在采樣率Fs下的目標運動軌跡m' ^t1):
3.按照權利要求2所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的步驟102)包括以下步驟:假設目標運動軌跡子序列的長度為M2，第I段到第L-1段中的第i段子序列對應的M2 = MO,當最后一段子序列長度為Ml等于MO時，M2 = MO,當最后一段子序列長度Ml小于MO時，M2 = M1，利用式(13)求解子序列的控制頂點ρ (I)，ρ (2)，…，P (Μ2+1)，ρ (Μ2+2):
(P (q)，p (q+1)，p (q+2) )/6 = m(q)式(13) 其中，q表示整型變量，q = 1,2，...，M2 ；m(q)表示子序列包含的目標運動軌跡點；式(13)方程組有M2個方程，M2+2個未知數，根據式(14)設定兩個邊界條件:
4.按照權利要求1所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第二步中，三參數模型是用戶通過設置三個參數fo，乙和λ來精確定義平穩連續譜p。(f)的形狀，Pc (f)滿足:
5.按照權利要求1所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第二步中，用于水聲目標連續信號仿真的有限長數據循環拼接方法包括以下步驟: 首先:在實測數據段s(n3)首尾兩端各找到一段能量最低的區域:從實測數據s(n3)的首尾部開始，在Ns點的搜索范圍內以移窗的方式分別從I1點開始搜索首部能量最低的區域，從i2點開始搜索尾部能量最低的區域，窗長WL，記首尾部每段窗內的數據段的能量記為PhQ1)和 ph(i2):
6.按照權利要求1所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第三步中，依據式(26)得到無陣形畸變時第I一nlO號陣元中的第i7號陣元的坐標(氣，
7.按照權利要求1所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第四步中，利用基于射線模型的海洋信道仿真方法生成實時的海洋信道脈沖響應序列的步驟包括: 首先，基于實測海洋環境參數，在主機端利用射線模型的Bellhop軟件包生成實測海洋環境下的海洋信道脈沖響應序列庫，海洋信道脈沖響應序列庫是水聲目標輻射噪聲信號從不同的水聲目標位置傳播到不同的陣元的本征聲線，包括本征聲線的數目，每條本征聲線的幅度衰減、相移、傳播時延、反射次數、折射次數和本征聲線到達陣元時的入射角； 其次:獲得實時的海洋信道脈沖響應序列:主機從DSP板讀取水聲目標實時的目標運動軌跡，每次讀取水聲目標實時的目標運動軌跡后，主機根據水聲目標的當前坐標和各個陣元的當前坐標獲取水聲目標輻射噪聲信號到達各個陣元的本征聲線，測算當前的海洋信道脈沖響應序列，然后更新水聲目標輻射噪聲信號到達各個陣元的海洋信道脈沖響應序列為當前的海洋信道脈沖響應序列，再通過總線將當前的海洋信道脈沖響應序列加載進DSP板；通過主機每隔LI個采樣間隔從DSP板讀取一次水聲目標運動坐標，在DSP板上獲得實時的海洋信道脈沖響應序列；L1的取值范圍為128 — 512之間的整數。
8.按照權利要求7所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第四步中，根據水聲目標的當前坐標和各個陣元的坐標，主機獲取水聲目標輻射噪聲信號到達各個陣元的本征聲線，當從不同水聲目標位置傳播到不同陣元的本征聲線小于ml條時，選出所有本征聲線作為主機獲取的水聲目標輻射噪聲信號到達各個陣元的本征聲線，當本征聲線大于或等于ml條時，將所有的本征聲線按照幅度衰減降序排列，篩選出前ml條本征聲線作為主機獲取的水聲目標輻射噪聲信號到達各個陣元的本征聲線，ml為10 — 20之間的整數。
9.按照權利要求8所述的一種開放式陣列信號仿真系統，其特征在于，所述的第四步中，測算當前的海洋信道脈沖響應序列的過程是:首先選取I號陣元為參考陣元，假設水聲目標在運動過程中以球面波的形式不斷的向周圍發射輻射噪聲信號，則水聲目標輻射噪聲信號到達各個陣元的傳播時延&為:
10.按照權利要求1所述的開放式陣列信號的仿真方法，其特征在于，所述的第六步中，第i7號陣元隨機抖動的幅度衰減氣服從均勻分布:
【文檔編號】G01S7/52GK103926579SQ201410166921
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】方世良, 徐雅南, 羅昕煒 申請人:東南大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
