[发明专利]水下运动声源动态声场模拟计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种水下运动声源动态声场模拟计算方法及系统，其中，该方法包括：根据预设运动声源建立坐标系并划分接收水听器的网格点；对声源的发射信号进行降采样获得序列；对序列插值得到声源位置序列；令i＝0，n＝0，计算水听器i上对应时刻n时，水听器与声源之间的冲激响应，并计算接收信号的时间序列r_i(t)；迭代上述过程，直到n等于运动轨迹长度，此时得到的r_i(t)为水听器i上的接收信号时间序列；令i＝i+1，n＝0，将水听器位置改为下一个网格点，重复计算，直到所有网格点上的接收信号计算完成；将所有网格点计算得到的接收信号进行组合，起始时刻对齐，最后得到动态声场模拟计算结果。该方法能在声源以任意速度运动和复杂界面下，对其产生的动态声场和接收信号进行模拟计算。

技术领域

本发明涉及水下声场模拟计算技术领域，特别涉及一种适用于对水下运动声源所产生的动态声场进行模拟计算方法及系统。

背景技术

随着海洋开发的不断深入，各种潜水器及水下机器人等水下目标在水下的活动日益增多。在活动过程中，水下目标不断产生噪声信号向外辐射，可近似为一个或多个运动声源。如何在实际海洋环境中用声纳系统对这些声源进行有效探测与识别成为目前急需解决的难题。在进行探测与识别前，必须对这些运动声源所产生的声场行深入理解与分析。

运动声源产生的声场使用实验测量时，需要使用数量庞大的接收水听器和相应数据采集设备，设备的安装、调试、布放、回收工作费时费力，实验数据获得代价不菲。

为此，通常使用模拟计算和实验测试相结合的方法对声场特性进行研究。现有的运动声源声场模拟计算方法可以实现在声信道环境下运动声源激发声场的模拟。模拟的接收信号中同时具有相对运动产生的多普勒效应和声信道产生多途效应。这种模拟方法是先计算出从声源到接收器之间的声信道多途到达时延和俯仰角，将每个途径传播的辐射噪声信号分别施加对应的多普勒频移和时间延迟，再将所有途径的到达信号进行累加，获得最终的接收信号。

但该种方法存在如下缺点：(1)声源做非匀速运动时，信号产生的多普勒频移受速度变化的影响不会是一个常量，对其施加对应的多普勒频移较为困难。(2)多途到达俯仰角只有在理想波导条件下，且声源与接收水听器距离较远时才会近似为常数，在实际环境中，海底地形起伏和近场测试条件，都会引起多途到达俯仰角的大幅度抖动，引起上述方法的失效。因这两个缺点限制了现有运动声源声场模拟的应用范围，制约了后续探测与识别等研究工作。

发明内容

本发明旨在解决声场模拟过程中面临的上述两个技术问题，为此提出了一种水下运动声源动态声场模拟计算方法。该方法能够在声源以任意速度运动、复杂海底地形起伏界面和近场测试条件下，对其产生的动态声场和接收信号进行模拟计算。

此外，本发明还提出一种水下运动声源动态声场模拟计算系统。