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基于DSP的声呐基阵信号模拟器设计_论文

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20 年第 4期  08 声学与电子工程  总第 9 2期  基 于 D P的声呐基 阵信号模拟器设计  S 胡 青  ( 第七 一五研 究所 ,杭 州,3 0 1 ) 1 0 2  摘要 通过对声呐基阵接收信 号数学模型 的研究,提出了一种基于 Ds P的基阵信号模拟器的软硬件设计  方法 。该模拟器可 以对 不同类 型的 目标进行仿真,为系统的实验 室调试和检验提供简便的实用手段。   关■ 词 基阵模拟器; 目标回波 ;Ds   P *年来 随着 海洋 开发 和海 军技术 的发 展 ,声 呐  设备 的研 究越 来越受 重视 。但 是 由于水 声设备 试验  通 常需要适 宜 的水 声环境 ,例如 消声 水池 、湖 泊或  海洋 等 。因而试验 的 复杂性 和成本 都较 高 ,为 了能  在普 通实验 室环 境 中模拟 目标 回波信 号 ,需要 针对  各种 设备 的要求 设计 专用 的基 阵信号 模拟器 。基 阵  模拟 器 能仿真 不 同距 离和 不 同方位 的 目标 。实际上  是信 号幅度 、频 率 、相位 在 一定 范围 内均可调 整 的  多路 信号源 设备 。其设 计 目标是模 拟水 下 目标 在不  同方 位 、不 同距离 上 的回波信 号到 达基 阵时各 阵元  1 2 混 响模型  . 混 响 是存 在 于海 洋 中 的大 量 无 规 则 散 射 体 对  图 l 生 多 路随 机 白噪 声 序 列 原 理 图  产 入射 声信 号产 生 的散 射 波 信 号 在接 收 点迭 加 而 形  成 的,是工 作于 主动方 式 时特 有 的一种 噪声 。它来  的输 出 ,为系 统 的实验 室调试 和检验 提供 简便 的实  用手 段 。   源 于海 面和 海底 的粗 糙度和 介质 的不 均匀性 ,主要  表现 出 以下 几个特 性 :( )混 响强度 与发 射信 号的  1 能量有 关 ,两者 是正 比关系 ;( )混 响与 发射波 形  2 相关 ,并且 混 响本身有 一 定的相 关性 ;( )混 响振  3 幅呈瑞 利 分布 , 频谱 有 多普勒 频移和 频带扩 展 : 4   () l基阵信 号的数学模型  基 阵模拟 器用来 模拟 实 际基 阵接 收 的信号 ,包  括 目标 回波 、混 响 、海 洋 噪声等 。因此 ,基 阵信号  的数 学 模 型主 要 包 括 环 境 噪 声 模 型 、 目标 轨迹 模  型 、 目标 回波模 型等 。   混 响是时 空变 的,是非 *稳 的过程 。仿真 混响 是一  个很 复杂 的 问题 ,很难 在仿 真 中精确 实现 。所 以,   1 1海洋环境噪声模型  . 海 洋 环 境 噪 声 是大 量 的无 规 则 的 因素 叠 加 的  结果 。不 同模 型下 ,噪 声场 的时空相 关特 性是 不一  样 的 。因此 ,在系 统模拟 中可 以把 假设 条件予 以简  化 ,当基元 之 间距离 比较大 时 ,可 以认 为它们 所接  收 到 的噪 声之 间是相 互独 立 的 , 是只需 模拟 Ⅳ 个  于 互相 独立 的 随机 序列 即可 。   我们从一个高斯随机序列删   ,利用 1 节介绍 ) . 1   的原理 ,得 到两个 相互独 立 的 、相 同分布 的高斯 随  机噪声 i和 y )它们的相关特性以  I : 《, )   及谱特性仍   用类似 于 ( )式 中的权 系 数来 调节 。 1   把z )√ )y ) 为包 去 制一   ( =   +   作 络, 调 个   与发射 信 号有一 定关 系 的随机序 列 :   利用一个随机白 噪声序列R ()可以 Ⅳ  , 得到J 7 V   路相 互独立 、相 同高斯 分布 的 随机 白噪声序 列 ,原  理如 图 l 示 。依 次对 第 Ⅳ 组数 的滑动 求和 ,得 出  所 第 Ⅳ 个基 元 的噪声序 列 :   置  P )A (=    (  2 ) 其 中,常数 A和  的选 取要 根据模 拟 条件来 定 ,   是 一个 衰 减 系 数 ,通 常 由海 水 吸 收及 边 界 损 失 引  (= 七 ∑删 ( 一) + 一)( 1 ) (  Ⅳ1   )   Ⅳ w )(   其中,wf是一 ( ) 组加权系 用于得到 数, 所希望   频 谱 的噪声数 据 。   起 , 的大小与混 响的机理和传播条件等因素有    关 。 由此 ,就得 到 了混响 的时 间波形 :   , ) 足z忌 . = ()() (     的信 号上 去 ,得 出 Ⅳ 个基 元 的混响信 号 。   (  3 ) 通过 .) 很少的 时 把, 做   延 调整, 到每 通路 加 一   8   胡青:基于DP s 的声呐基阵信号模拟 器设计  13 目标 轨迹 模 型  . 在 实 际应用 中 , 目标轨 迹是 多种 多样 的 ,这里  14 目标回波模型  . 针对 慢起 伏 点 目标 模 型和无 失真 信道 ,可根据  目标 运动特 性 与 目标距 离 ,算 出 回波信 号 的多普 勒  特 性 、 时延和 幅度 ,代入 发射 信号 表达 式 中 ,形成  给 出常用 的三种 轨迹 模型 。   1 . 静 止轨迹  -1 3 目标 处 于静 止 状 态 时 , 给 定初 始 距 离 与 方 位  ( , ) 标的所有参数都保持不变。对于这种 R   ,目   轨 迹 : 径 向 多 普 勒 速 度  =0 : 目 标 距 离    回波信号 f。  () 再根据信号的采样率和脉宽, 形成  回 信号 波 序列{ ) 对于发 号为   } 。 射信 单频c   w信 碍() R:目 方位 ()  。 o= 标   0=   l. _2圆周运 动  3 号  ( :o( ) 则目 波 * 表   : f cs



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