时变空变环境下水声目标回波阵列接收信号实时仿真

摘要

主动声纳系统常处于时间和空间变化的环境，声纳基阵接收到的目标回波信号呈现出一定的时变特性。为了在实验室条件下提供逼真的仿真数据，本文围绕主动声纳的工作原理，研究了目标和声纳平台运动的时变空变环境下主动声纳目标回波信号仿真方法，并进行了基于高速信号处理机平台的主动声纳目标回波阵列信号实时仿真实现，论文的主要工作如下： 1、分析了主动声纳目标回波仿真系统的需求和基本实现过程，整个仿真系统包括三个基本模块，分别为声源信号仿真模块、目标回波信号仿真模块和阵元信号仿真模块。 2、提出了基于阵形修正的软性垂直线列发射阵信号仿真方法。利用基于微元法的阵形估计方程和阵元位置误差的高斯扰动模型，研究了阵形畸变对阵列聚焦特性及目标回波仿真的影响；对模拟多声源发射阵列信号的等效模型进行了性能分析。 3、声纳平台与目标运动条件下，提出了基于板块元计算的多亮点模型目标回波仿真方法。针对空间位置变化引起的目标亮点特性变化，利用板块元法进行目标散射特性计算，基于不同照射角条件下的散射特性计算结果提取目标亮点强度和分布特征，再依据提取出的亮点信息进行回波仿真；提出了基于三次样条插值的运动目标多普勒频移回波信号仿真，实现了声纳平台与目标相对运动条件下主动声纳接收信号的实时仿真；通过高精度时延滤波，实现了针对接收阵信号的空间方位特性仿真。 4、基于高速信号处理机平台，对主动声纳目标回波阵列信号仿真系统进行了实现。给出了系统总体架构及各模块实现方法，进行了各模块的编程调试，实现了目标相对运动和发射阵形畸变导致的环境时空变化条件下实时目标回波信号仿真输出，并通过仿真数据分析验证了回波阵列信号实时仿真系统的实时性及正确性。

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