水聲陣列信號(hào)仿真聲傳播快速計(jì)算方法研究.pdf

1、水聲陣列信號(hào)仿真旨在為聲納陣列信號(hào)處理提供實(shí)時(shí)、逼真的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在不考慮時(shí)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(hào)。由于海洋信道的復(fù)雜性與多變性，陣列信號(hào)仿真中聲傳播計(jì)算部分運(yùn)算量巨大，如何為聲納陣列信號(hào)處理提供高實(shí)時(shí)性的仿真信號(hào)已成為水聲陣列信號(hào)仿真中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文圍繞水聲陣列信號(hào)仿真的實(shí)時(shí)性問題，分析了水聲陣列信號(hào)仿真中聲傳播計(jì)算的原理及過程，針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用最廣的KRAKEN簡(jiǎn)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(jì)算方法，并應(yīng)用于實(shí)際的水聲陣列信號(hào)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(jì)算過程中不同參數(shù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求的差異，設(shè)計(jì)了基于實(shí)時(shí)性要求的聲傳播計(jì)算流程，將實(shí)時(shí)性要求較低的計(jì)算納入到仿真系統(tǒng)預(yù)處理階段完成，實(shí)時(shí)仿真階段只完成具有高實(shí)時(shí)性要求的計(jì)算，減少了實(shí)時(shí)仿真過程的數(shù)據(jù)運(yùn)算量，提升了仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
　　2、研究了KRAKEN簡(jiǎn)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(hào)仿真模式參數(shù)計(jì)算方法，分析了插值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，解決了寬帶信號(hào)仿真中因頻繁調(diào)用KRAKEN模型計(jì)算模式參數(shù)導(dǎo)致的計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)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(hào)仿真方法，解決了聲傳播計(jì)算過程中由于信號(hào)群時(shí)延存在導(dǎo)致的傅里葉合成信號(hào)過長(zhǎng)、計(jì)算速度較低的問題，提升了計(jì)算速率。
　　4、針對(duì)實(shí)時(shí)水聲陣列信號(hào)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(shí)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(hào)能量之比作為篩選效果的評(píng)判依據(jù)，分析了該方法的可行性。
　　5、研究了聲場(chǎng)模型在實(shí)時(shí)信號(hào)仿真中的適用性問題，分析了不同信號(hào)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(jì)算精度及寬帶信號(hào)仿真中KRAKEN模型計(jì)算速度特性，為水聲陣列信號(hào)仿真中信道模型的選取提供了參考。
　　6、搭建了實(shí)時(shí)水聲陣列信號(hào)仿真系統(tǒng)的總體框架，設(shè)