基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟系统和方法，包括依次相连的声诱饵接收鱼雷来波信号输入模块、声诱饵模拟参数选取模块和声诱饵模拟回波输出模块：声诱饵接收鱼雷来波信号输入模块包括依次连接的鱼雷发射信号模块、单程信道传递模块和声诱饵接收基阵接收信号模块；声诱饵模拟参数选取模块包括依次相连接的鱼雷估计参数敏感度计算模块、鱼雷估计参数关联性计算模块、声诱饵回波模拟有效性模型和声诱饵模拟参数选取模型；声诱饵模拟回波输出模块用于根据对声诱饵接收的鱼雷来波信号进行信号处理并发出。本发明充分考虑了鱼雷估计各特征参数的精确程度及各特征参数之间的关联性，能够降低被自导鱼雷识别的可能性。

说明书

技术领域

本发明属于声诱饵回波模拟技术领域，具体涉及一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波 模拟系统及方法。

背景技术

近年来，海战的战略地位愈加重要，水中对抗日趋激烈。随着鱼雷的不断发展，潜艇 受到鱼雷的威胁也越来越大，如何防御来袭鱼雷、保护潜艇安全已成为潜艇防御作战的重 中之重。潜艇主要通过“软杀伤”和“硬杀伤”两种方式对鱼雷进行防御。其中，根据水 声对抗器材工作机理，将“软杀伤”分为背景噪声干扰与信号干扰。通过增加敌方声纳和 鱼雷接收到的噪声强度进行背景噪声干扰，压制和降低声纳和鱼雷接收目标信号的信噪比， 从而干扰对目标的检测性能，常用背景噪声干扰器材包括噪声干扰器、气幕弹等。信号干 扰主要是通过模拟潜艇目标回波信号，提高其检测、识别假目标的概率来诱骗鱼雷自导系 统或声纳系统，使声自导鱼雷误判、误跟踪进行诱骗的假目标，常用器材包括悬浮式声诱 饵、火箭助飞式声诱饵、自航式声诱饵和拖曳式声诱饵。“硬杀伤”的工作机理是直接毁伤 鱼雷，将其引爆或是使其制导系统不能正常工作，失去攻击能力，使鱼雷彻底失去威胁， 常用器材包括：火箭深弹、反鱼雷和引爆式声诱饵等。

虽然从对鱼雷的防御效果来看，硬杀伤的效果最好，能够彻底地消除鱼雷威胁，但从 目前的实际装备和未来可能的战场态势上进行分析，硬杀伤需要潜艇能够较精确地掌握来 袭鱼雷的位置、航向、航速等参数信息，而通常在作战中掌握这些精确信息的难度极大。 在软杀伤的装备之中，气幕弹形成气幕的干扰频段较窄，不能很好地符合现役声纳和声自 导鱼雷的主要工作频段，因此气幕弹的作用效果大大退化；同时背景噪声干扰在干扰对方 声纳和鱼雷的同时，对本方潜艇声纳也同样产生干扰作用，在使用时需要特别注意。声诱 饵可对鱼雷实施诱骗，将鱼雷引至与追击潜艇不同的航向上，降低声自导鱼雷对潜艇的识 别概率，耗费声自导鱼雷航程，为潜艇赢得规避时间，从而使得潜艇获得更高的生存概率。 因此在潜艇水声对抗战中，声诱饵成为较为常用的一种对抗器材。

为了对抗主动声自导鱼雷，声诱饵通常在接收到来袭鱼雷寻的信号后，发出回波信号 作为应答信号。目前声诱饵设计应答信号时，主要是对潜艇目标回波的自然逼真，缺乏信 号模拟参数运用于鱼雷目标识别的可行性与关联性认知，不仅存在鱼雷目标识别参数未进 行模拟的隐患，还存在模拟不可用于鱼雷目标识别参数，增大不必要代价。因此需要对主 动声自导鱼雷目标识别中运用的特征参数进行研究，而对鱼雷估计参数运用于目标识别中 的可行性研究必须建立在鱼雷回波信号处理、回波信号的检测、目标参数的估计的基础上。

模拟潜艇回波信号是声诱饵诱骗主动声自导鱼雷的基本原理。大多数声诱饵模拟回波 主要通过对潜艇目标的最大自然逼真模拟，缺乏对主动声自导鱼雷目标识别中特征参数运 用，以及特征参数关联性的准确认识。一方面，其回波自然逼真模拟未突出模拟重点，存 在针对鱼雷目标识别中运用参数的模拟程度较低，模拟中未考虑多参数关联性，从而被主 动声自导鱼雷识别的隐患；另一方面，过度模拟鱼雷目标识别中未运用参数，造成其工程 实际中算法复杂，软硬件要求高，性价比低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟系统及方法，以解决 现有技术中存在的模拟程度低易被识别以及算法复杂的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟系统，包括依次相连的声诱饵接收鱼雷来波 信号输入模块、声诱饵模拟参数选取模块和声诱饵模拟回波输出模块，其中：

所述声诱饵接收鱼雷来波信号输入模块包括依次连接的鱼雷发射信号模块、单程信道 传递模块和声诱饵接收基阵接收信号模块，其中：鱼雷发射信号模块用于模拟鱼雷发射信 号；单程信道传递模块用于模拟鱼雷发射信号到达声诱饵处的形式；声诱饵接收基阵接收 信号模块用于实时接收鱼雷发射信号，并将该信号实时传输给声诱饵模拟回波输出模块；

所述声诱饵模拟参数选取模块包括依次相连接的鱼雷估计参数敏感度计算模块、鱼雷 估计参数关联性计算模块、声诱饵回波模拟有效性模型和声诱饵模拟参数选取模型；其中： 鱼雷估计参数敏感度分析模块用于鱼雷估计各特征参数及其变化趋势的精确程度，得到各 特征参数的敏感度值；鱼雷估计参数关联性确定模块用于提供参数之间的关联性；声诱饵 回波模拟有效性模型用于根据鱼雷估计参数敏感度分析模块得到的各特征参数的敏感性值 分配各特征参数模拟的权重，其中根据鱼雷估计参数关联性确定模块得到的各参数之前的 关联性对相关联的特征参数权重相加，确定声诱饵模拟方案的有效性计算方式；声诱饵模 拟参数选取模型用于各种特征参数选取组合得到的所有模拟方案，并根据声诱饵回波模拟 有效性模型分别计算各模拟方案的有效值，然后根据各方案的有效性值、有效模拟时长和 模拟特征参数个数这三个方面综合判断，选出最终的声诱饵回波模拟方案；

声诱饵模拟回波输出模块用于根据声诱饵模拟参数选取模块得到的最终的声诱饵回波模拟 方案对

声诱饵接收到的鱼雷来波信号进行信号处理，并将处理后的信号发出，实现声诱饵回 波模拟，从而实现对鱼雷进行诱骗。

进一步的，所述鱼雷估计参数敏感度分析模块中，特征参数的敏感度值可以通过前后 两周期仿真设定特征参数的差值与前后两周期鱼雷实际估计目标特征参数的差值的比值得 到。

进一步的，所述鱼雷估计参数关联性确定模块为：距离变化率与相对速度存在强关联 性，脉冲展宽与视在张角存在关联性。

进一步的，所述声诱饵回波模拟有效性模型如下：

A＝(k

式中，A

式中，k

k为尺度模拟有效性系数，当鱼雷检测潜艇回波与声诱饵模拟回波皆在一个波束内或皆 在多个波束内时，尺度模拟有效性系数为1，反之则为0。

进一步的，所述声诱饵模拟参数选取模型中，在有效性值A＞0.6且模拟有效时长较理 想声诱饵回波模拟方案的模拟有效时长下降小于10s的方案中，选取包含特征参数最少的 模拟方案，作为最终的声诱饵回波模拟方案。

另一方面，本发明还提供了一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟方法，具体包括 如下步骤：

步骤1，产生声诱饵接收鱼雷来波信号：模拟鱼雷发射信号；模拟鱼雷发射信号到达 声诱饵处的形式；实时接收鱼雷发射信号，并将该信号实时传输给声诱饵模拟回波输出模 块；

步骤2，选取声诱饵模拟参数，包括如下操作：

鱼雷估计各特征参数变化趋势的精确程度，得到各特征参数的敏感度值；确定特征参 数之间的关联性；根据鱼雷估计参数敏感度分析模块得到的各特征参数的敏感性值分配各 特征参数模拟的权重，其中根据鱼雷估计参数关联性确定模块得到的各参数之前的关联性 对相关联的特征参数权重相加，确定声诱饵模拟方案的有效性计算方式；对各种特征参数 选取组合得到的所有模拟方案，并根据声诱饵回波模拟有效性模型分别计算各模拟方案的 有效值，然后根据各方案的有效性值、有效模拟时长和模拟特征参数个数这三个方面综合 判断，选出最终的声诱饵回波模拟方案；

步骤3，声诱饵模拟回波输出：根据声诱饵模拟参数选取模块得到的最终的声诱饵回 波模拟方案对声诱饵接收到的鱼雷来波信号进行信号处理，并将处理后的信号发出，实现 声诱饵回波模拟，从而实现对鱼雷进行诱骗。

相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：

大多数声诱饵模拟回波主要通过对潜艇目标的最大自然逼真模拟，缺乏对主动声自导 鱼雷目标识别中特征参数运用，以及特征参数关联性的准确认识。一方面，其回波自然逼 真模拟未突出模拟重点，存在针对鱼雷目标识别中运用参数的模拟程度较低，模拟中未考 虑多参数关联性，从而存在被主动声自导鱼雷识别的隐患；另一方面，过度模拟鱼雷目标 识别中未运用参数，造成其工程实际中算法复杂，软硬件要求高，性价比低的问题。

本发明通过声诱饵接收鱼雷来波信号输入模块实现鱼雷模拟信号的输入，为之后进行 声诱饵模拟回波提供了数据基础；通过声诱饵模拟参数选取模块对鱼雷特征参数敏感性进 行计算并得到各特征参数之间的关联性，将敏感性以及关联性同时考虑用于分配各特征参 数的权重，从而建立声诱饵回波模拟有效性模型，进而对各特遮参数组合得到的所有方案 进行有效性计算，选择得到最终模拟方案。利用最终模拟方案对鱼雷模拟发射信号进行处 理，采用处理后的信号进行模拟回波输出，完成声诱饵模拟，有效地实现了对鱼雷的诱骗。 同时，根据本发明的方法，可以在研究理想声诱饵回波模拟方法的基础上，基于工程实践 成本考虑的性价比较高的工程回波模拟方法。

综上，本发明在声诱饵模拟方案选择过程中，充分考虑了鱼雷估计各特征参数的精确 程度及各特征参数之间的关联性，能够降低被自导鱼雷识别的可能性。另外，可以在研究 理想声诱饵回波模拟方法的基础上，基于工程实践成本考虑的性价比较高的工程回波模拟 方法，能够降低算法复杂度，并减少成本。

附图说明

图1是本发明的系统的各模块组成示意图；

图2是主动声自导鱼雷自导系统流程图；

图3是本发明的实施例中理想自航式声诱饵拖带线列阵构成示意图；

图4是本发明的实施例中工程自航式声诱饵拖带线列阵构成示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例给出的一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟系统，包括依 次相连的声诱饵接收鱼雷来波信号输入模块、声诱饵模拟参数选取模块和声诱饵模拟回波 输出模块。其中：

声诱饵接收鱼雷来波信号输入模块包括依次连接的鱼雷发射信号模块、单程信道传递 模块和声诱饵接收基阵接收信号模块。其中：鱼雷发射信号模块用于模拟鱼雷发射信号。 单程信道传递模块用于模拟鱼雷发射信号到达声诱饵处的形式，模拟过程考虑了复杂信道 环境下的海面、海底多途传播。声诱饵接收基阵接收信号模块用于实时接收鱼雷发射信号， 并将该信号实时传输给声诱饵模拟回波输出模块。

声诱饵模拟参数选取模块包括依次相连接的鱼雷估计参数敏感度计算模块、鱼雷估计 参数关联性计算模块、声诱饵回波模拟有效性模型和声诱饵模拟参数选取模型。其中：鱼 雷估计参数敏感度分析模块用于鱼雷估计各特征参数及其变化趋势的精确程度，得到各特 征参数的敏感度值。鱼雷估计参数关联性确定模块用于提供参数之间的关联性。声诱饵回 波模拟有效性模型用于根据鱼雷估计参数敏感度分析模块得到的各特征参数的敏感性值分 配各特征参数模拟的权重，其中根据鱼雷估计参数关联性确定模块得到的各参数之前的关 联性对相关联的特征参数权重相加，确定声诱饵模拟方案的有效性计算方式。声诱饵模拟 参数选取模型用于各种特征参数选取组合得到的所有模拟方案，并根据声诱饵回波模拟有 效性模型分别计算各模拟方案的有效值，然后根据各方案的有效性值、有效模拟时长和模 拟特征参数个数这三个方面综合判断，选出最终的声诱饵回波模拟方案。模拟方案中包含 的特征参数越少则成本越低，从而方案性价比越高。

声诱饵模拟回波输出模块用于根据声诱饵模拟参数选取模块得到的最终的声诱饵回波 模拟方案对声诱饵接收到的鱼雷发射信号进行信号处理，并将处理后的信号发出，实现声 诱饵回波模拟，从而实现对鱼雷进行诱骗。

以下对本发明的系统中各个模块进行具体的实施：

具体的，声诱饵接受基阵接收信号模块包括，悬浮式声诱饵面阵及自航式声诱饵拖带 线列阵。阵元实时接收鱼雷发射信号，并将该信号实时发送给声诱饵模拟回波输出模块。

具体的，鱼雷估计参数敏感度分析模块中，特征参数的敏感度值可以通过前后两周期 仿真设定特征参数的差值与前后两周期鱼雷实际估计目标特征参数的差值的比值得到。其 中，鱼雷实际估计目标特征参数具体是采用鱼雷自导系统模拟得到特征参数估计值，本实 施中，鱼雷自导系统流程采用图2所示的主动声自导鱼雷自导系统流程，这也是本领域一 种常见的鱼雷自导系统流程；仿真设定特征参数的值具体设定为通常情况下具有代表性的 数值。

以距离敏感度值为例：

式中，st

如表1所示，当目标距离为2000m、1000m时，鱼雷无法进行目标尺度识别，能够精确估计距离、方位、相对速度，无法准确估计目标强度、包络强度。结合各参数的敏感度 系数，可以得到距离为2000m、1000m时的主动声自导鱼雷目标识别能力。

表1 2000m、1000m

如表2所示，当目标距离为500m时，鱼雷能够进行目标尺度识别，能够精确估计距离、方位、相对速度、脉冲展宽、亮点分布，无法准确估计视在张角、目标强度、包络强 度起伏。结合各参数的敏感度系数，可以得到距离为500m时的主动声自导鱼雷目标识别 能力。根据3.1.5.1节分析可知，在尺度识别范围内，若检测到目标回波的波束之间间隔未 连续超过三分裂波束，鱼雷则识别其为同一目标。

表2 500m

如表3所示，当目标距离为250m时，鱼雷能够进行目标尺度识别，能够精确估计距离、方位、相对速度、脉冲展宽、亮点分布，较精确估计视在张角，无法准确估计目标强 度、包络强度起伏。

表3 250m

具体的，对鱼雷自导系统各特征参数之间存在的逻辑关系进行分析，确定鱼雷估计参 数关联性确定模块为：距离变化率与相对速度存在强关联性，脉冲展宽与视在张角存在关 联性。因此，由于距离变化率与相对速度存在强关联性，声诱饵在进行回波模拟时，必须 同时模拟距离与相对速度。脉冲展宽与视在张角存在关联性，声诱饵在进行回波模拟时， 必须同时模拟脉冲展宽与视在张角。

具体的，声诱饵回波模拟有效性模型如下：

A＝(k

式中，A

式中，k

式中，A

k为尺度模拟有效性系数，当鱼雷检测潜艇回波与声诱饵模拟回波皆在一个波束内或皆 在多个波束内时，尺度模拟有效性系数为1，反之则为0。

具体的，本实施例中，声诱饵模拟参数选取模型中，在有效性值A＞0.6且模拟有效时 长较理想声诱饵回波模拟方案的模拟有效时长下降小于10s的方案中，选取包含特征参数 最少的模拟方案，作为最终的声诱饵回波模拟方案。其中，理想声诱饵回波模拟方案是指 对所有特征参数都考虑进行模拟的方案。

本实施例中，对自航式声诱饵模拟方案进行试验，自航式声诱饵拖带60m长近似等间 距7阵元线列阵情况下，具有很高的模拟有效性。考虑工程成本，当自航式声诱饵拖带40m 长不等间距3阵元线列阵时，仍具有很高的模拟有效性，得到如表4及图3所示的理想自航式声诱饵回波模拟方案，以及表5及图4所示的工程自航式声诱饵回波模拟方案。

表4理想自航式声诱饵拖带线列阵各阵元模拟强度

表5工程自航式声诱饵拖带线列阵各阵元模拟强度

另外，对悬浮式声诱饵模拟方案进行试验，悬浮式声诱饵对回波信号延迟时间、频率 变化、时宽扩展、亮点分布、声源级特性、亮点强度起伏特性均进行模拟时，悬浮式声诱饵回波模拟有效性能够达到理论最大值；考虑工程成本，当悬浮式声诱饵仅对回波信号延迟时间、频率变化进行模拟，较理想悬浮式声诱饵提高性价比的同时，其模拟有效性下降并不明显。得到如表6所示的理想悬浮式声诱饵模拟方案，以及表7所示的工程悬浮式声 诱饵模拟方案。

表6理想悬浮式声诱饵各特征参数模拟量

表中，τ1、τ2、τ3为模拟三亮点时延值，TS1、TS2、TS3为模拟三亮点强度值，fd为 模拟多普勒频移值。

表7工程悬浮式声诱饵各特征参数模拟量

表中，τ1为模拟亮点时延值，TS1为模拟亮点强度值，fd为模拟多普勒频移值。

实施例2：

本实施例提供了一种基于鱼雷目标识别的声诱饵回波模拟方法，具体包括如下步骤：

步骤1，产生声诱饵接收鱼雷来波信号：模拟鱼雷发射信号；模拟鱼雷发射信号到达 声诱饵处的形式；实时接收鱼雷发射信号，并将该信号实时传输给声诱饵模拟回波输出模 块；

步骤2，选取声诱饵模拟参数，包括如下操作：

鱼雷估计各特征参数及其变化趋势的精确程度，得到各特征参数的敏感度值；确定特 征参数之间的关联性；根据鱼雷估计参数敏感度分析模块得到的各特征参数的敏感性值分 配各特征参数模拟的权重，其中根据鱼雷估计参数关联性确定模块得到的各参数之前的关 联性对相关联的特征参数权重相加，确定声诱饵模拟方案的有效性计算方式；对各种特征 参数选取组合得到的所有模拟方案，并根据声诱饵回波模拟有效性模型分别计算各模拟方 案的有效值，然后根据各方案的有效性值、有效模拟时长和模拟特征参数个数这三个方面 综合判断，选出最终的声诱饵回波模拟方案。

步骤3，声诱饵模拟回波输出：根据声诱饵模拟参数选取模块得到的最终的声诱饵回 波模拟方案对声诱饵接收到的鱼雷发射信号进行信号处理，并将处理后的信号发出，实现 声诱饵回波模拟，从而实现对鱼雷进行诱骗。