海洋高频声传播模型仿真【文献综述】

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1、毕业设计文献综述海洋技术海洋高频声传播模型仿真前言：海洋是人类的资源宝库。随着科学技术的进步，海洋资源的探测与开发，日益受到注目。在人们迄今所熟知的各种能量形式中，声波在海洋中有最佳的传播性能。自从二次世界大战以来，水声学在军事上的应用日益发展，同时在国民经济中的应用也日益广泛。现在水声学已经成为水下通讯、探测、制导和控制等不可缺少的手段了。在水中，主要靠声纳来搜索目标。声纳大致分为低频、高频、中频。而高频声纳分辨率很高，一般多普勒测速，避碰，探雷等要用到分辨小物体的都要用到高频，所以高频声纳信号仿真研究就显得尤为重要

2、。高频声纳信号仿真研究在声纳研制的不同阶段都具有很重要的意义，尤其是在水下通信、定位、导航等应用领域。本论文主要讲的是三类接收信号即主动声纳发送信号，接收信号和混响进行仿真。关键词：声纳仿真高频正文：5我国的声纳技术在经历了80年代的蓬勃发展以后已经突破了许多重要的技术关键，取得了很大的进步。然而，与国外先进声纳设备相比，我国声纳技术相对国际先进水平仍然存在一定的差距，声纳设备的研制面临严重的挑战。其中主要的原因是我国声纳研制的周期较长，而声纳仿真技术无疑是缩短研制周期的一个强有力的工具。对声纳性能进行仿真预报在声纳研

3、制的不同阶段都具有很重要的意义。在立项和指标论证阶段，仿真应用于风险评估，从产品的效用、性能、费用、进度等方面进行立项分析，对于选定的作战环境，确定战术技术指标，进行系统综合分析，确定作战任务是由一台声纳完成还是由几台声纳构成综合声纳系统来完成，是否纳入到包括其他系统在内的作战指挥系统等；在方案论证阶段，仿真用于选择系统各部分的组成，优化系统结构，确定分机指标分配及参数选择，检验整个系统是否满足总的战术指标，进行可靠性计算分析；在系统设计阶段，根据分配的分机指标，选定合理的模块、分机结构及技术参数，优化设计方案；在使用

4、阶段，仿真用于声纳演示和声纳员培训。应用显控台切换工作方式，使之适合于不同的作战环境，选择不同的画面，观察海洋声学特性及目标方位、距离、运动状态，训练声纳员熟悉操作声纳设备。如果抛开声纳的显示和控制，那么声纳仿真主要是数学仿真，就是将与海洋环境、水下目标有关的传播、噪声、混响和水声设备信号处理流程模拟成相应的数学模型，并将这些数学模型按它们内在的关系和声纳信号处理过程连接起来运行，得到用于声纳设计和声纳使用的结果。其中对于声纳接收信号的仿真是声纳仿真的一个重要部分。下面主要讲一下高频声纳的三类接收信号即主动声纳发送信号

5、，接收信号和混响的模型仿真。主动声纳发送信号多用于水下通讯，定位和导航等，主要指发射信号经过信道传输到达接收水听器的接收信号。从通信论的观点来看，海洋就是声信道，它不但对目标信号进行能量变换，而且它对声源的发射波形也进行变换，因而声信道可以看做对发射波形进行变换的滤波器。一般说来，声信道是时变、空变的随机信道，因此它必须用时变、空变的随机滤波器来描述，但是从大多数应用场合来看，实验证明声信道可以看作缓慢时变的相干多途信道，若观察或处理时间不是过分长，则声信道可以用时不变的滤波器来描述。相干多途信道模型是指：介质和边界都

6、是时不变的，声源和接收器位置也是确定的，从声源发出的信号沿各种不同路径到达接收点，它们互相干涉叠加，从而产生复杂的空间干涉图案和复杂的滤波特性，接收信号因而产生畸变而和发射波形有重大区别。相干多途信道用时不变滤波器来描述。5主动声纳接收信号主要指发射信号打到水下目标时经由目标散射返回到接收水听器处的声信号。目标回波是目标在入射声波激励下产生的一种物理过程，回波中携带有目标的特性。这些特性包括目标的几何信息、运动信息和材料信息等，若想有效的通过回波的分析处理提取这些特征量并进行分类识别，就要求有一个实用的目标模型。汤渭霖

7、总结了目标散射的基础研究成果，提出了声纳目标回波的亮点模型。他提出了在高频的情况下，任何一个复杂目标的回波都是由若干个子回波迭加而成的，每个子回波可以看作是从某个散射点发出的波，这个散射点就是亮点，它可以是真实的亮点，也可以是某个等效的亮点。这样，任何一个复杂目标都可以等效成若干个散射亮点的组合，每个散射亮点产生一个亮点回波，总的回波是这些亮点回波相干迭加的结果。亮点又分为几何类亮点和弹性类亮点，不同亮点在声轴上相互错开形成沿距离（或空间）分布特征，因此若用短脉冲激励目标，回波中可以明显分离出各个亮点回波。每个亮点可以

8、统一用幅度、时延和相位跳变三个参数描述，这种三参数模型已经成功应用于对水下裸露目标的回声特性进行预报。高频声呐混响信号可分为海面混响，海底混响和海中的混响。混响建模是仿真的基础,但要建立精确的数学模型存在两个难点,一是缺乏求解复杂边界条件的分析工具;二是难以辨别和测量影响混响过程的所有参数，因此要建立精确的混响仿真算法是难以实现的