一种基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，该仿真方法包括以下步骤：第一步：测算等间隔排列的线阵无阵形畸变时各个阵元的坐标；第二步：获得阵形畸变后第i号阵元的当前坐标；第三步：无阵元随机抖动情况下，生成阵元信号；第四步：出现随机抖动时，第i号阵元实际生成的阵元信号。该仿真方法利用正弦随机扰动和高斯阵形扰动表现声纳信号仿真的阵形畸变，基于均匀分布的阵元信号随机抖动表现声纳信号仿真的随机抖动，使得声纳信号仿真方法更加精确。
【专利说明】一种基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法【技术领域】
[0001]本发明属于信号处理领域，具体来说，涉及一种基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法。
【背景技术】
[0002]常见的声纳基阵阵形包括:等间隔排列的线阵、连续线阵、基元间隔不相等的线阵、均匀分布的圆阵、圆弧阵和矩形面阵等。一般声纳信号仿真都基于下面的假设:布放在水下的声纳基阵不会受到拖船运动、海流冲击等因素的影响而发生阵形畸变。但是在实际操作过程中，声纳基阵受多方面因素的影响难免会出现阵形畸变，例如，布放在水下的等间隔排列的线阵受到拖船、海流等的影响会弯曲，阵形发生畸变。此外，声纳基阵在生产工艺和在安装过程中都不可避免的出现一些误差，放映在声纳信号上是阵元信号的随机抖动。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明所要解决的技术问题是:一种基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，该仿真方法利用正弦随机扰动和高斯阵形扰动表现声纳信号仿真的阵形畸变，基于均匀分布的阵兀信号随机抖动表现声纳信号仿真的随机抖动，使得声纳信号仿真方法更加精确。
[0004]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0005]一种基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，该仿真方法包括以下步骤:
[0006]第一步:测算等间隔排列的线阵无阵形畸变时各个阵元的坐标:获取等间隔排列的线阵的阵元间距d，阵元个数η和声纳布放的深度z，从而测算等间隔排列的线阵无阵形畸变时各个阵元的坐标，记无阵形畸变时第I一η号阵元中的第i号阵元的坐标为(xi； Yi, Zi) ；i为阵元标号，i取值为I一η ;其中，阵元的标号从坐标系的原点开始，按照X轴方向，顺序标号，从I标至η号；
[0007]第二步:获得阵形畸变后第i号阵元的当前坐标:在等间隔排列的线阵出现阵形畸变时，当阵形畸变是正弦随机扰动时，设置正弦随机扰动的扰动参数，正弦随机扰动的扰动参数包括正弦随机扰动的随机频率f、正弦随机扰动的随机幅度A和标号为I的阵元的初始相位A当阵形畸变是高斯随机扰动时，设置高斯随机扰动的扰动参数，高斯随机扰动的扰动参数包括高斯随机扰动的均值μ和高斯随机扰动的方差σ2，从而获得阵形畸变后第
I一η号阵元中的第i号阵元的当前坐标(Xi’，y/ ,Zi')；
[0008]第三步:无阵元随机抖动情况下，生成阵元信号:基于第二步获得的阵形畸变后第I一η号阵元中的第i号阵元的当前坐标(Xi’，y/，Zi')，生成无阵元随机抖动情况下水声目标辐射噪声信号从水声目标位置传播到各个阵元的阵元信号SiGO，k为整型变量；
[0009]第四步:出现随机抖动时，第i号阵元实际生成的阵元信号:第I一η号阵元中的第i号阵元出现随机抖动时，第i号阵元实际生成的阵元信号s’ Jk)为:[0010]s' i (k) = Si (k) (l-ai）+Mi式(1)
[0011]其中，Mi表示第i号阵元随机抖动的均值偏移，Bi表示第i号阵元随机抖动的幅度衰减。
[0012]进一步，所述的第一步中，坐标系是以阵形还没变形时，等间隔排列的线阵末端所在位置为圆心0，以船体拖着等间隔排列的线阵行驶的方向为X轴方向，等间隔排列的线阵扰动的方向为Y轴方向，垂直于海平面、且指向地心的方向为Z轴方向；依据式(2)得到无阵形畸变时第l—n号阵元中的第i号阵元的坐标(Xi，Yi, Zi):.V.=(/-1、d
[0013]
【权利要求】
1.一种基于阵形畸变及阵兀随机抖动的声纳信号仿真方法，其特征在于，该仿真方法包括以下步骤: 第一步:测算等间隔排列的线阵无阵形畸变时各个阵元的坐标:获取等间隔排列的线阵的阵元间距d，阵元个数η和声纳布放的深度Ζ，从而测算等间隔排列的线阵无阵形畸变时各个阵元的坐标，记无阵形畸变时第I一η号阵元中的第i号阵元的坐标为O^ypZi) ；i为阵元标号，i取值为I一η ;其中，阵元的标号从坐标系的原点开始,按照X轴方向，顺序标号，从I标至η号； 第二步:获得阵形畸变后第i号阵元的当前坐标:在等间隔排列的线阵出现阵形畸变时，当阵形畸变是正弦随机扰动时，设置正弦随机扰动的扰动参数，正弦随机扰动的扰动参数包括正弦随机扰动的随机频率f、正弦随机扰动的随机幅度A和标号为I的阵元的初始相U Ψ ;当阵形畸变是高斯随机扰动时，设置高斯随机扰动的扰动参数，高斯随机扰动的扰动参数包括高斯随机扰动的均值μ和高斯随机扰动的方差σ2，从而获得阵形畸变后第I一η号阵元中的第i号阵元的当前坐标(Xi’，y/ ,ζ/)； 第三步:无阵元随机抖动情况下，生成阵元信号:基于第二步获得的阵形畸变后第I一η号阵元中的第i号阵元的当前坐标(Xi’，y/，Zi')，生成无阵元随机抖动情况下水声目标辐射噪声信号从水声目标位置传播到各个阵元的阵元信号Si (k)，k为整型变量； 第四步:出现随机抖动时，第i号阵元实际生成的阵元信号:第I一η号阵元中的第i号阵元出现随机抖动时，第i号阵元实际生成的阵元信号s’ Jk)为: s’i(k) = SiQO (l-a^+Mi式(I) 其中，Mi表示第i号阵元随机抖动的均值偏移，Bi表示第i号阵元随机抖动的幅度衰减。
2.按照权利要求1所述的基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，其特征在于，所述的第一步中，坐标系是以阵形还没变形时，等间隔排列的线阵末端所在位置为圆心0，以船体拖着等间隔排列的线阵行驶的方向为X轴方向，等间隔排列的线阵扰动的方向为Y轴方向，垂直于海平面、且指向地心的方向为Z轴方向；依据式(2)得到无阵形畸变时第l—n号阵元中的第i号阵元的坐标(Xi，Yi, Zi):
3.按照权利要求1所述的基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，其特征在于，所述的第二步中，依据式(3)得到正弦随机扰动时第I一η号阵元中的第i号阵元的坐标(x/，y/ , Zi'):
4.按照权利要求1所述的基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，其特征在于，所述的第四步中，第i号阵元随机抖动的幅度衰减ai服从均匀分布:
5.按照权利要求1所述的基于阵形畸变及阵元随机抖动的声纳信号仿真方法，其特征在于，所述的第三步中，生成阵元信号SiGO的过程为水声目标辐射噪声信号和从水声目标位置到达各个阵元的海洋信道相卷积。
【文档编号】G06F19/00GK103902843SQ201410166567
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】方世良, 徐雅南, 罗昕炜 申请人:东南大学