一种基于时延反馈补偿修正的主动仿真数据生成系统及方法与流程

本发明涉及模拟数据生成领域，主要是一种基于时延反馈补偿修正的主动仿真数据生成系统及方法。

背景技术：

1、高逼真度主动脉冲数据生成是在实验室环境下仿真生成实际信道环境下主动脉冲信号。从信道估计角度，发射信号x(t)为信道输入信号，接收信号y(t)为信道输出信号，声波信号在水声信道传播过程中所受到的影响由信道的冲击响应函数h(t)决定，通过配置水声信道的环境参数，由水声传播模型可解算水声信道的冲击响应函数h(t)。信道输出信号可由信道输入信号与信道函数卷积运算进行解算。

2、常规主动脉冲信号仿真生成存在如下两个问题。问题1，仿真生成信号出现时间与实际传播到达时间不匹配，其原因是在处理窗内，信道函数由于运动参数引起时延偏移，造成仿真生成信号出现时间时延偏移。问题2，仿真生成信号波形与实际发射主动信号波形不匹配，存在严重畸变，其原因是在处理窗内，信道函数由于运动参数引起时延偏移，在进行发射信号与信道函数卷积运算时，引起信号割裂，信号后半段脉冲偏移到处理窗起始位置，造成生成信号严重畸变，当对生成数据进行主动匹配滤波处理时，会出现多个匹配峰值，且匹配能量分布到各个峰值上，造成仿真结果严重失真。

3、在目标和接收平台相对运动态势下，基于时延反馈补偿修正的高逼真度主动仿真数据生成方法可以有效解决上述常规主动脉冲信号仿真生成存在的信号到达时延不匹配和信号割裂畸变等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于时延反馈补偿修正的主动仿真数据生成系统及方法。

2、本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种基于时延反馈补偿修正的主动仿真数据生成系统，包括如下模块：

3、模块一：发射脉冲信号时延解算模块：取发射声源与接收阵距离最近的阵元位置计算发射脉冲信号时延；

4、模块二：处理窗长优化设定模块：对发射脉冲信号与信号时延进行拼接，形成包含整个脉冲信号的次全处理窗，在次全处理窗后补充接收阵首尾阵元最大时延构成全处理窗；

5、模块三：发射脉冲信号到处理窗映射模块：根据优化设定的全处理窗以及发射脉冲信号时延解算，将发射信号映射到全处理窗内，形成信道输入信号；

6、模块四：接收阵多阵元信道响应解算及时延补偿模块：以全处理窗长度进行信道响应函数相关窗长解算，即以处理窗长的倒数为频率分辨率由水声传播模型进行发射声源到接收阵多阵元信道响应函数解算，对接收阵多阵元信道响应函数以距离发射声源最近接收阵元的信道响应函数计算峰值时延，对接收阵多阵元信道响应函数进行峰值时延平移补偿；

7、模块五：卷积运算、信号生成模块：通过信道输入信号与接收阵多阵元信道响应函数进行卷积运算，生成接收阵多阵元仿真输出信号。

8、更进一步的，所述模块一中，发射脉冲信号sig是用于匹配滤波相关主动探测处理的已知参数信号，tsig为发射脉冲信号sig脉宽，fs为信号采样频率；取发射声源与接收阵距离最近的阵元位置计算发射脉冲信号时延t0，即t0＝min(rarray)/c，其他阵元对应的脉冲信号时延将依次增大，其中发射声源与接收阵各阵元距离为[xs,ys]为发射声源坐标，[xarray,yarray]为接收阵各阵元坐标，narray为接收阵阵元数，c为声速。

9、更进一步的，所述模块二中，设对发射脉冲信号sig与信号时延t0进行拼接，形成包含整个脉冲信号的次全处理窗wint[t0,tsig]，在次全处理窗后补充接收阵首尾阵元最大时延td＝rht/c构成全处理窗wintall＝[wint,td]＝[t0,tsig,td]，其中，

10、接收阵首尾阵元间距[xheadarray,yheedarray]、[xtailarray,ytailarray]分别为接收阵首尾阵元坐标。

11、更进一步的，所述模块三中，根据优化设定的全处理窗wintall以及发射脉冲信号时延t0解算，将发射信号sig映射到全处理窗wintall内，形成信道输入信号x(t)如下，

12、

13、更进一步的，所述模块四中，以全处理窗wintall长度进行信道响应函数相关窗长解算，即以1/wintall为频率分辨率由水声传播模型进行发射声源到接收阵多阵元信道响应函数h(t,narray)解算，信道响应函数h(t,narray)经傅里叶变换后的频域形式为h(f,narray)；

14、对接收阵多阵元信道响应函数以距离发射声源最近接收阵元的信道响应函数计算峰值时延tdelay＝maxindex/fs，其中maxindex＝max(h(t,nmin))为距离发射声源最近接收阵元信道响应函数峰值位置，nmin＝min(rarray)为距离发射声源最近接收阵元编号；对接收阵多阵元信道响应函数进行峰值时延平移补偿h(f,narray)＝h(f,narray)*exp(j*2*pi*f*tdelay)，保证与发射声源距离最近接收阵阵元输出脉冲信号时延位置不变，且信号不割裂；保证接收阵其他各阵元输出脉冲信号时延向增大方向平移，且信号不割裂，对时延补偿后的频域信道响应函数经傅里叶反变换为时域信道响应函数h(t,narray)。

15、更进一步的，所述模块五中，信道输出信号由信道输入信号x(t)与接收阵多阵元信道响应函数h(t,narray)进行卷积运算解算，即接收阵多阵元仿真生成信号为y(t,narray)＝x(t)*h(t,narray)。

16、本发明同时提供了一种基于时延反馈补偿修正的主动仿真数据生成方法，包括如下步骤：

17、步骤一：发射脉冲信号时延解算：取发射声源与接收阵距离最近的阵元位置计算发射脉冲信号时延；

18、步骤二：处理窗长优化设定：对发射脉冲信号与信号时延进行拼接，形成包含整个脉冲信号的次全处理窗，在次全处理窗后补充接收阵首尾阵元最大时延构成全处理窗；

19、步骤三：发射脉冲信号映射到处理窗：根据优化设定的全处理窗以及发射脉冲信号时延解算，将发射信号映射到全处理窗内，形成信道输入信号；

20、步骤四：接收阵多阵元信道响应解算及时延补偿：以全处理窗长度进行信道响应函数相关窗长解算，即以处理窗长的倒数为频率分辨率由水声传播模型进行发射声源到接收阵多阵元信道响应函数解算，对接收阵多阵元信道响应函数以距离发射声源最近接收阵元的信道响应函数计算峰值时延，对接收阵多阵元信道响应函数进行峰值时延平移补偿；

21、步骤五：输入信号与信道响应函数进行卷积运算生成仿真信号：通过信道输入信号与接收阵多阵元信道响应函数进行卷积运算，生成接收阵多阵元仿真输出信号。

22、本发明的有益效果为：本发明实现了基于时延反馈补偿修正的主动仿真数据生成功能。以发射-接收位置态势关系计算发射脉冲信号时延。以发射信号脉冲宽度、信号传播时延融合构建处理窗长。将发射脉冲信号映射到优化设定的处理窗内，形成信道输入信号。对接收阵多阵元信道响应进行解算及时延补偿。通过信道输入信号与接收阵多阵元信道响应函数进行卷积运算，生成接收阵多阵元仿真输出信号。解决了常规主动脉冲信号仿真生成存在的信号到达时延不匹配和信号割裂畸变等问题。实现了在实验室环境下高逼真度主动脉冲数据仿真生成，支撑主动探测新技术应用和迭代优化的验证分析。可应用于分布式多平台协同的主动仿真验证系统。