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主动全向声纳浮标回波信号仿真研究

归档日期:10-31       文本归类:导航声纳      文章编辑:爱尚语录

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  总第   期    年第  期舰船电子工程                             吕海平郑 海军潜艇学院援杨真勇青岛      摘要声纳浮标是航空反潜主要的搜潜装备之一对主动声纳浮标回波信号的研究是航空反潜作战的重要方面。从信号级对目标回波、混响和海洋噪声进行了计算机仿真在此基础上建立了主动全向声纳浮标回波信号模型并进行了计算机仿真。仿真结果参照主动声纳浮标系统将仿真的声纳浮标回波信号进行了频率历程图像显示。关键词主动声纳浮标回波信号计算机仿真图像显示中图分类号                                                                引言声纳浮标是航空反潜主要的搜潜装备具有投放方便、搜潜效率高等诸多优点。由于主动声纳浮标可以实现对潜艇的精确探测直接为对潜攻击提供位置信息因而对主动声纳浮标回波信号的研究是航空反潜作战的重要方面。本文重点对主动声纳浮标常用的单频矩形脉冲    的回波信号进行了仿真并研究了其信号的图像显示。 主动声纳浮标回波模型水下环境是很复杂的为方便处理本文对主动声纳浮标回波模型进行了简化。回波信号包括目标回波信号、混响和海洋环境噪声。声波在水下传播时信道或多或少总存在起伏这会使回波信号产生一定的畸变。由于这种畸变较为复杂所以本文暂时忽略。目标回波信号多普勒频移当发射换能器与目标之间存在相对运动时目标回波与发射信号之间的频率变化量称为      频移。假设浮标位置不动目标运动速度为单位为  方位角为口单位为度水下声速 单位为  。则浮标接收到的目标多普勒频率为厶一  黑  口   主动全向声纳浮标回波信号仿真研究。           勒                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             。                                         Ⅶ耵             其中 为发射信号的频率单位为  “ 上      。   脉冲展宽回波信号是一个拖长了的信号它的持续时间取决于目标在距离方向上的长度。因为水下目标・收稿日期    年 月  日修回日期    年 月  日作者简介吕海平男硕士研究生研究方向水声工程。                      万方数据 吕海平等主动全向声纳浮标回波信号仿真研究总第   期回波是由整个目标各个不同部分的散射波和反射波叠加而引起的但目标各个不同部分产生的回波到达接收点的时间不同就拉长了回波信号的脉冲宽度。设目标长为 入射波与目标的夹角为日当入射脉宽为 时被拉长的脉冲宽度为         口式中 为水中的声速从  的表达式中可以看出脉冲展宽提供了目标尺度信息。  回波信号生成  对于主动全向声纳浮标目标定位是主要功能故本文暂不考虑目标亮点结构对回波信号的影响。假设目标与浮标间距为 发射信号为   脉冲宽度为 中心频率为 。考虑回波信号特征中多普勒频移、脉冲展宽和时延等因素结合主动声纳浮标信号都是窄带信号特点可将回波信号写成如下形式    一  一  ∥ 积一  其中 竽车 九 一厂 。  混晌Ⅲ混响作为背景噪声可以看作是随机信号但是这种随机信号与海洋噪声大不相同。它虽然由大量散射波叠加而成但这些回波来自同一激励源所以混响有其独特的统计规律。根据米德尔顿           的混响统计模型理论混响的振幅遵从瑞利分布而混响的蓥 。糖 一图团锕一幽   载波应是以发射频率为  卜   百一主的一个窄带信号有一定的频谱扩展。根据     一继一一    节   置 丁刊  望堕盟墼选垄一定的频谮刁展。根琚隧      米德尔顿           藿    ”、的滑  响统计模型可进行频率       模拟混响。图 混响仿真图假设  信号中心频率        信号脉宽        仿真的 信号混响时域波形图、混响频谱图如图 。  海洋环境噪声  海洋环境噪声可以看作一个具有高斯分布的随机信号。最理想的噪声场是均匀、各向同性的。按照信号处理理论只要知道了海洋环境噪声的振幅谱函数     就可使高斯分布白噪声通过频率响应为     的滤波网络得到所需的环境噪声。产生模拟海洋环境噪声的具体方法如图 所示。以       频段海洋环境噪声为例仿真噪魁馨巅密越馨浮标接收网波信号时域图时域  图 海洋环境图 仿真  回波信号噪声仿真图时域波形图 主动声纳浮标回波图像仿真  脉冲回波信号的仿真条件设定如下目标长度    航向  。速度   目标和浮标初始距离     信号中心频率     脉宽     。当信噪比为   时经            滤波处理的时域回波信号仿真效果如图 所示。由图 可以看出在    左右为混响干扰信号在第  处为目标回波信号。对仿真回波信号加上一个滑动窗分别求出窗内信号的傅里叶变换即可观察回波信号频谱变化特征。取滑动窗长度为          回波信号的频谱图如图所示。      回波信号的频谱图主动声纳浮标系统在回波信号显示时通常采用  灰度级显示   利用亮度的不同反映出噪声和信号在幅度上的不同本文采用基于信噪比的灰度级别设置方法   。主动全向声纳浮标系统采用频率一时间的输出显示方式横轴表示频率纵轴表示时间亮度表示声强。 下转第   页。。。 絮瞽    ”  巩   天生  也 一 频率    ×  越馨频率   ×  。图 已 。    万方数据 总第   期    年第  期舰船电子工程                               观地得出舰艇可能故障的次数与消耗的备件等信息。通过对不同任务要求设定相应参数还可得到消耗部件费用及维修时间等信息。多次模拟可算出消耗部件的平均值其结果有助于使用方制定最适合的航行保障计划。由此可见针对保障活动的仿真对于提高保障效率、降低保障资源费用有十分重要的作用。参考文献   夏曼阎晋屯刘磊装备保障仿真模型框架及仿真平台研究    系统仿真学报                 刘祥舰船电子设备备件概算模型分析与应用研究   舰船电子工程                  吕德峰陈东林浅谈装备保障性工程中的建模仿真技术   装备指挥技术学院学报              曾天翔可靠性及维修性工程手册   北京国防工业出版社      秦天保石岩峰面向应用的仿真建模与分析一使用             北京清华大学出版社      孙原理王威杨晶基于      的复杂维修流程仿真   兵工自动化             黄芳基于     的集装箱港口运输系统仿真研究   上海上海海事大学         施围张英基于      的物流系统仿真 刀中国水运            出乖出带楚旆站希出乖出希出乖出乖出秘蝌零出 姑乖出科场萍场过绵她帑出乖出紧出看站帘酵窑出帘避绵鸱幂出乖出乖出看出昂寥寄出牢出带避庥出乖出 出希 绵女 锦鹊尔勘 鹭尔出矛出乔砖矛 上接第   页将图 所示的  回波信号的频率历程图以灰度显示。首先利用时域窗法对回波信号进行短时傅里叶变换形成各时间段内信号的频率分布数组并采用基于信噪比的灰度级别设置方法对数组进行灰度变换。然后按时间历程由上而下依次显示信号处理结果最终形成时频分布灰度图。图 是仿真  回波信号的频率、历程图通过图像亮度即可判断回波位置并且从图像可以观察到混响干扰段。声纳浮标信号处理系统利用测得的回波时间、频图 仿真  回波信号偏计算出目标距离和径向速度。由于图像显示及硬件限制测得数据存在误差。以图 为例图像采用   行每行   像素显示时间分辨率为      频率分辨率为    。由灰度图测得的目标距离为     径向速度     与实际情况基本吻合。 结语本文根据主动全向声纳浮标回波模型对主动声纳浮标常用的  回波信号进行了仿真。参照声纳浮标信号处理系统对  回波信号进行了处理并将处理后的数据以  灰度级显示仿真结果与实际情况基本吻合。本文研究工作可为研究主动声纳浮标探测提供一定的基础。图 声纳浮标显控系统的  灰度级的频率、历程显示参考文献   刘孟庵连立民水声工程   杭州浙江科学技术出版社          李启虎数字式声纳设计原理    合肥安徽教育出版社            赵涵水声信号的计算机模拟   声学与电子工程         杨晨辉被动声纳宽带信号检测与显示方法研究   西安西北工业大学硕士学位论文      权玺平新型声纳显示器设计与显示处理技术研究   西安西北工业大学硕士学位论文   万方数据

  2017年广东外语外贸大学金融学院814经济学之西方经济学(宏观部分)考研仿线年四川理工学院生物工程学院802有机化学考研冲刺密押题

  2017年中国人民大学马克思主义学院802经济学综合之政治经济学教程考研强化模拟题

  2017年华中科技大学中国语言文学系354汉语基础[专业硕士]之语言学概论考研强化模拟题

  2017年赣南师范学院文学院611文学理论考研仿线文学综合(含中国古代文学、中国现当代文学、世界文学、文艺理论)之文学理论教程考研题库

  2017年中央音乐学院声歌系804中西音乐史、和声作品分析、钢琴之中国古代音乐史稿考研题库

  2017年内蒙古师范大学文学院813古代汉语、现代汉语之现代汉语考研强化模拟题

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