海洋高頻聲傳播模型仿真【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述海洋技術(shù)海洋高頻聲傳播模型仿真前言：海洋是人類(lèi)的資源寶庫(kù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，海洋資源的探測(cè)與開(kāi)發(fā)，日益受到注目。在人們迄今所熟知的各種能量形式中，聲波在海洋中有最佳的傳播性能。自從二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，水聲學(xué)在軍事上的應(yīng)用日益發(fā)展，同時(shí)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用也日益廣泛?，F(xiàn)在水聲學(xué)已經(jīng)成為水下通訊、探測(cè)、制導(dǎo)和控制等不可缺少的手段了。在水中，主要靠聲納來(lái)搜索目標(biāo)。聲納大致分為低頻、高頻、中頻。而高頻聲納分辨率很高，一般多普勒測(cè)速，避碰，探雷等要用到分辨小物體的都要用到高頻，所以高頻聲納信號(hào)仿真研究就顯得尤為重要

2、。高頻聲納信號(hào)仿真研究在聲納研制的不同階段都具有很重要的意義，尤其是在水下通信、定位、導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域。本論文主要講的是三類(lèi)接收信號(hào)即主動(dòng)聲納發(fā)送信號(hào)，接收信號(hào)和混響進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：聲納仿真高頻正文：5我國(guó)的聲納技術(shù)在經(jīng)歷了80年代的蓬勃發(fā)展以后已經(jīng)突破了許多重要的技術(shù)關(guān)鍵，取得了很大的進(jìn)步。然而，與國(guó)外先進(jìn)聲納設(shè)備相比，我國(guó)聲納技術(shù)相對(duì)國(guó)際先進(jìn)水平仍然存在一定的差距，聲納設(shè)備的研制面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。其中主要的原因是我國(guó)聲納研制的周期較長(zhǎng)，而聲納仿真技術(shù)無(wú)疑是縮短研制周期的一個(gè)強(qiáng)有力的工具。對(duì)聲納性能進(jìn)行仿真預(yù)報(bào)在聲納研

3、制的不同階段都具有很重要的意義。在立項(xiàng)和指標(biāo)論證階段，仿真應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從產(chǎn)品的效用、性能、費(fèi)用、進(jìn)度等方面進(jìn)行立項(xiàng)分析，對(duì)于選定的作戰(zhàn)環(huán)境，確定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)綜合分析，確定作戰(zhàn)任務(wù)是由一臺(tái)聲納完成還是由幾臺(tái)聲納構(gòu)成綜合聲納系統(tǒng)來(lái)完成，是否納入到包括其他系統(tǒng)在內(nèi)的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等；在方案論證階段，仿真用于選擇系統(tǒng)各部分的組成，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定分機(jī)指標(biāo)分配及參數(shù)選擇，檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足總的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行可靠性計(jì)算分析；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)分配的分機(jī)指標(biāo)，選定合理的模塊、分機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；在使用

4、階段，仿真用于聲納演示和聲納員培訓(xùn)。應(yīng)用顯控臺(tái)切換工作方式，使之適合于不同的作戰(zhàn)環(huán)境，選擇不同的畫(huà)面，觀(guān)察海洋聲學(xué)特性及目標(biāo)方位、距離、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，訓(xùn)練聲納員熟悉操作聲納設(shè)備。如果拋開(kāi)聲納的顯示和控制，那么聲納仿真主要是數(shù)學(xué)仿真，就是將與海洋環(huán)境、水下目標(biāo)有關(guān)的傳播、噪聲、混響和水聲設(shè)備信號(hào)處理流程模擬成相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并將這些數(shù)學(xué)模型按它們內(nèi)在的關(guān)系和聲納信號(hào)處理過(guò)程連接起來(lái)運(yùn)行，得到用于聲納設(shè)計(jì)和聲納使用的結(jié)果。其中對(duì)于聲納接收信號(hào)的仿真是聲納仿真的一個(gè)重要部分。下面主要講一下高頻聲納的三類(lèi)接收信號(hào)即主動(dòng)聲納發(fā)送信號(hào)

5、，接收信號(hào)和混響的模型仿真。主動(dòng)聲納發(fā)送信號(hào)多用于水下通訊，定位和導(dǎo)航等，主要指發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸?shù)竭_(dá)接收水聽(tīng)器的接收信號(hào)。從通信論的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，海洋就是聲信道，它不但對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行能量變換，而且它對(duì)聲源的發(fā)射波形也進(jìn)行變換，因而聲信道可以看做對(duì)發(fā)射波形進(jìn)行變換的濾波器。一般說(shuō)來(lái)，聲信道是時(shí)變、空變的隨機(jī)信道，因此它必須用時(shí)變、空變的隨機(jī)濾波器來(lái)描述，但是從大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)看，實(shí)驗(yàn)證明聲信道可以看作緩慢時(shí)變的相干多途信道，若觀(guān)察或處理時(shí)間不是過(guò)分長(zhǎng)，則聲信道可以用時(shí)不變的濾波器來(lái)描述。相干多途信道模型是指：介質(zhì)和邊界都

6、是時(shí)不變的，聲源和接收器位置也是確定的，從聲源發(fā)出的信號(hào)沿各種不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)，它們互相干涉疊加，從而產(chǎn)生復(fù)雜的空間干涉圖案和復(fù)雜的濾波特性，接收信號(hào)因而產(chǎn)生畸變而和發(fā)射波形有重大區(qū)別。相干多途信道用時(shí)不變?yōu)V波器來(lái)描述。5主動(dòng)聲納接收信號(hào)主要指發(fā)射信號(hào)打到水下目標(biāo)時(shí)經(jīng)由目標(biāo)散射返回到接收水聽(tīng)器處的聲信號(hào)。目標(biāo)回波是目標(biāo)在入射聲波激勵(lì)下產(chǎn)生的一種物理過(guò)程，回波中攜帶有目標(biāo)的特性。這些特性包括目標(biāo)的幾何信息、運(yùn)動(dòng)信息和材料信息等，若想有效的通過(guò)回波的分析處理提取這些特征量并進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別，就要求有一個(gè)實(shí)用的目標(biāo)模型。湯渭霖

7、總結(jié)了目標(biāo)散射的基礎(chǔ)研究成果，提出了聲納目標(biāo)回波的亮點(diǎn)模型。他提出了在高頻的情況下，任何一個(gè)復(fù)雜目標(biāo)的回波都是由若干個(gè)子回波迭加而成的，每個(gè)子回波可以看作是從某個(gè)散射點(diǎn)發(fā)出的波，這個(gè)散射點(diǎn)就是亮點(diǎn)，它可以是真實(shí)的亮點(diǎn)，也可以是某個(gè)等效的亮點(diǎn)。這樣，任何一個(gè)復(fù)雜目標(biāo)都可以等效成若干個(gè)散射亮點(diǎn)的組合，每個(gè)散射亮點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)亮點(diǎn)回波，總的回波是這些亮點(diǎn)回波相干迭加的結(jié)果。亮點(diǎn)又分為幾何類(lèi)亮點(diǎn)和彈性類(lèi)亮點(diǎn)，不同亮點(diǎn)在聲軸上相互錯(cuò)開(kāi)形成沿距離（或空間）分布特征，因此若用短脈沖激勵(lì)目標(biāo)，回波中可以明顯分離出各個(gè)亮點(diǎn)回波。每個(gè)亮點(diǎn)可以

8、統(tǒng)一用幅度、時(shí)延和相位跳變?nèi)齻€(gè)參數(shù)描述，這種三參數(shù)模型已經(jīng)成功應(yīng)用于對(duì)水下裸露目標(biāo)的回聲特性進(jìn)行預(yù)報(bào)。高頻聲吶混響信號(hào)可分為海面混響，海底混響和海中的混響?；祉懡Ｊ欠抡娴幕A(chǔ),但要建立精確的數(shù)學(xué)模型存在兩個(gè)難點(diǎn),一是缺乏求解復(fù)雜邊界條件的分析工具;二是難以辨別和測(cè)量影響混響過(guò)程的所有參數(shù)，因此要建立精確的混響仿真算法是難以實(shí)現(xiàn)的