海洋高頻聲傳播模型仿真【文獻綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計文獻綜述海洋技術(shù)海洋高頻聲傳播模型仿真前言：海洋是人類的資源寶庫。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，海洋資源的探測與開發(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，水聲學(xué)在軍事上的應(yīng)用日益發(fā)展，同時在國民經(jīng)濟中的應(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、制導(dǎo)和控制等不可缺少的手段了。在水中，主要靠聲納來搜索目標。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，所以高頻聲納信號仿真研究就顯得尤為重要

2、。高頻聲納信號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接收信號即主動聲納發(fā)送信號，接收信號和混響進行仿真。關(guān)鍵詞：聲納仿真高頻正文：5我國的聲納技術(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，取得了很大的進步。然而，與國外先進聲納設(shè)備相比，我國聲納技術(shù)相對國際先進水平仍然存在一定的差距，聲納設(shè)備的研制面臨嚴重的挑戰(zhàn)。其中主要的原因是我國聲納研制的周期較長，而聲納仿真技術(shù)無疑是縮短研制周期的一個強有力的工具。對聲納性能進行仿真預(yù)報在聲納研

3、制的不同階段都具有很重要的意義。在立項和指標論證階段，仿真應(yīng)用于風險評估，從產(chǎn)品的效用、性能、費用、進度等方面進行立項分析，對于選定的作戰(zhàn)環(huán)境，確定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標，進行系統(tǒng)綜合分析，確定作戰(zhàn)任務(wù)是由一臺聲納完成還是由幾臺聲納構(gòu)成綜合聲納系統(tǒng)來完成，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)，確定分機指標分配及參數(shù)選擇，檢驗整個系統(tǒng)是否滿足總的戰(zhàn)術(shù)指標，進行可靠性計算分析；在系統(tǒng)設(shè)計階段，根據(jù)分配的分機指標，選定合理的模塊、分機結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計方案；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，選擇不同的畫面，觀察海洋聲學(xué)特性及目標方位、距離、運動狀態(tài)，訓(xùn)練聲納員熟悉操作聲納設(shè)備。如果拋開聲納的顯示和控制，那么聲納仿真主要是數(shù)學(xué)仿真，就是將與海洋環(huán)境、水下目標有關(guān)的傳播、噪聲、混響和水聲設(shè)備信號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)系和聲納信號處理過程連接起來運行，得到用于聲納設(shè)計和聲納使用的結(jié)果。其中對于聲納接收信號的仿真是聲納仿真的一個重要部分。下面主要講一下高頻聲納的三類接收信號即主動聲納發(fā)送信號

5、，接收信號和混響的模型仿真。主動聲納發(fā)送信號多用于水下通訊，定位和導(dǎo)航等，主要指發(fā)射信號經(jīng)過信道傳輸?shù)竭_接收水聽器的接收信號。從通信論的觀點來看，海洋就是聲信道，它不但對目標信號進行能量變換，而且它對聲源的發(fā)射波形也進行變換，因而聲信道可以看做對發(fā)射波形進行變換的濾波器。一般說來，聲信道是時變、空變的隨機信道，因此它必須用時變、空變的隨機濾波器來描述，但是從大多數(shù)應(yīng)用場合來看，實驗證明聲信道可以看作緩慢時變的相干多途信道，若觀察或處理時間不是過分長，則聲信道可以用時不變的濾波器來描述。相干多途信道模型是指：介質(zhì)和邊界都

6、是時不變的，聲源和接收器位置也是確定的，從聲源發(fā)出的信號沿各種不同路徑到達接收點，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。相干多途信道用時不變?yōu)V波器來描述。5主動聲納接收信號主要指發(fā)射信號打到水下目標時經(jīng)由目標散射返回到接收水聽器處的聲信號。目標回波是目標在入射聲波激勵下產(chǎn)生的一種物理過程，回波中攜帶有目標的特性。這些特性包括目標的幾何信息、運動信息和材料信息等，若想有效的通過回波的分析處理提取這些特征量并進行分類識別，就要求有一個實用的目標模型。湯渭霖

7、總結(jié)了目標散射的基礎(chǔ)研究成果，提出了聲納目標回波的亮點模型。他提出了在高頻的情況下，任何一個復(fù)雜目標的回波都是由若干個子回波迭加而成的，每個子回波可以看作是從某個散射點發(fā)出的波，這個散射點就是亮點，它可以是真實的亮點，也可以是某個等效的亮點。這樣，任何一個復(fù)雜目標都可以等效成若干個散射亮點的組合，每個散射亮點產(chǎn)生一個亮點回波，總的回波是這些亮點回波相干迭加的結(jié)果。亮點又分為幾何類亮點和彈性類亮點，不同亮點在聲軸上相互錯開形成沿距離（或空間）分布特征，因此若用短脈沖激勵目標，回波中可以明顯分離出各個亮點回波。每個亮點可以

8、統(tǒng)一用幅度、時延和相位跳變?nèi)齻€參數(shù)描述，這種三參數(shù)模型已經(jīng)成功應(yīng)用于對水下裸露目標的回聲特性進行預(yù)報。高頻聲吶混響信號可分為海面混響，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)模型存在兩個難點,一是缺乏求解復(fù)雜邊界條件的分析工具;二是難以辨別和測量影響混響過程的所有參數(shù)，因此要建立精確的混響仿真算法是難以實現(xiàn)的