[发明专利]针对复杂水下目标的主动声呐回波或散射波时域模拟方法

说明书

本发明公开了一种针对复杂水下目标的主动声呐回波或散射波时域模拟方法，首先，利用有限元软件建立目标及水域的几何模型，设置好目标的材料参数，水域环境参数和声固耦合边界条件，并进行网格划分；其次，利用产生的一种宽带脉冲激励信号，计算出目标的声压散射场，得到任一接收点处目标回波或声散射波的宽带脉冲时域响应；最后，将主动声纳探测信号与目标的宽带脉冲声散射回波时域响应信号在时域上进行卷积运算，求得目标对主动探测信号的回波或散射波时域信号。本发明方法所产生的水下目标回波波形包含了目标的材料、结构、形状等信息，对比现有的回波模拟方法，模拟效果更加逼真。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种主动声呐波形时域模拟方法。

背景技术

水下声目标模拟器包含声诱饵、噪声干扰器、鱼雷声靶等，在声呐设备的试验、鱼雷研制和海军训练中具有重要作用。从用途上说，声目标模拟器一般分为两大类，一类为声诱饵、噪声干扰器等水声对抗干扰设备，用来迷惑和干扰敌方声呐和鱼雷，以确保己方舰艇和潜艇的安全；一类为鱼雷声靶等作为声学跟踪的目标，应用于水声技术装备进行跟踪特性试验、性能评估和实际使用训练。现有的水声目标模拟器采用的目标模拟方法，主要是针对点目标，借助波形存储重发的基本方法，通过多普勒频移、回波延时、计算传播损失等对目标的运动状态、距离和目标强度信息进行模拟。此类方法所模拟出的目标回波信号包含的目标本身的特征信息比较少，无法对目标的材料、形状、结构等声散射特性进行模拟，难以满足对目标进行更精确识别的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种针对复杂水下目标的主动声呐回波或散射波时域模拟方法，首先，利用有限元软件建立目标及水域的几何模型，设置好目标的材料参数，水域环境参数和声固耦合边界条件，并进行网格划分；其次，利用产生的一种宽带脉冲激励信号，计算出目标的声压散射场，得到任一接收点处目标回波或声散射波的宽带脉冲时域响应；最后，将主动声纳探测信号与目标的宽带脉冲声散射回波时域响应信号在时域上进行卷积运算，求得目标对主动探测信号的回波或散射波时域信号。本发明方法所产生的水下目标回波波形包含了目标的材料、结构、形状等信息，对比现有的回波模拟方法，模拟效果更加逼真。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：利用有限元方法建立目标及目标所在水域的仿真环境几何模型，定义目标的材料参数、水域环境参数和声固耦合边界条件，并进行有限网格划分；

步骤2：采用平面波声源产生一种宽带脉冲激励信号，将宽带脉冲激励信号作用于目标，计算目标的声压散射场，得到任一指定接收点的目标回波或声散射波的时域宽带脉冲响应h(t)；

步骤3：将接收到的经过水下声场传播的主动声纳探测信号x(t)与目标回波或声散射波的时域宽带脉冲响应h(t)在时域上进行卷积运算，求得目标回波或散射波时域响应信号p(t)：

其中，表示卷积运算。

优选地，所述主动声呐探测信号为CW信号、LFM信号或其他任意发射信号。

优选地，所述步骤3中，采用如下方法计算目标回波或散射波响应信号p(t)：

将接收到的经过水下声场接收的主动声纳探测信号x(t)和目标回波或声散射波的时域宽带脉冲响应h(t)转换到频域，进行卷积运算：

其中，P(jω)为目标声散射回波信号的频域响应，X(jω)为经过水下声传播的主动声呐探测信号的频域响应，H(jω)为目标回波或声散射波的宽带脉冲频域响应；

再将P(jω)转换到时域得到目标反射或散射波时域响应信号p(t)。

本发明的有益效果如下：