水下目标声呐回波模拟方法研究

发布时间：2020-05-01 18:22

【摘要】：在水声领域的研究之中,对于水下目标声呐的回波信号研究是海洋研究领域的热点之一。声波从传播到目标物体到反射回来的过程中产生的目标回波携带有目标物体的一些特征信息,对回波数据进行处理可以得到物体的回波信号,通过得到回波信号以及对信号的成像处理过程,可以检测出目标物体的特征及信息。因此,对于水下目标物体的回波信号进行精准,快速的仿真,以及对回波进行图像域的高分辨率合成的研究具有重要的价值。对于回波信号的仿真,本文针对传统二维水下声学模型的局限性,提出了新的三维水下声学传播损耗模型,该模型的射线程函方程使用地理中常见的纬度、经度和高度来计算。模型通过纬度,经度和高度三个坐标建立球形坐标系,定义射线在海水中实时位置与运动方向来模拟射线的传播路径,最后得出从声源到点目标所需要的传播时延。实验结果表明,运用本文方法可以有效、准确实时的进行声呐回波信号的仿真。对于回波信号成像处理,需要一种效率高,分辨率高的成像算法,重点探讨了合成孔径成像算法的原理。合成孔径的算法主要来源于合成孔径雷达,本文将合成孔径算法运用到声呐成像中,主要对距离多普勒,波数域以及线性调频算法的成像原理进行了分析,从时间复杂度、成像精度的方向,通过仿真结果对比各个合成孔径算法。最后,针对实际理想环境下的水下目标物体,建立了程序软件平台并进行仿真成像处理,通过对水下二维目标物体和三维目标物体进行成像仿真,验证了通过线性调频算法来进行成像处理,可以提高时间效率与成像精度。
【图文】：

波形,信号波形,幅频特性,回波

10图2.7 LFM信号波形图及其幅频特性图由图2.7可以看出在0.5ms至1.5ms区间有2个波峰和在1.5ms至2.5ms区间中有四个波峰。可以发现，发射信号的波形随时间的变化越来越密集，信号的瞬时频率随时间会发生变化，所以LFM信号符合声呐信号在水中传播的特点。2.4.2 线性调频信号的脉冲压缩脉冲压缩指将原信号通过匹配滤波的方式进行压缩，从而可以得到最大的信噪比以及高分辨率的技术。假设发射信号为 s( t )，此时需要复制一个信号记为 g (t ) s( t )，假设从回波发送到接收器接收到信号回波的时间为0t ，假定忽略回波过程中声波产生的能量损耗，则可以得到回波信号为0( ) ( )rs t s t t（2.13）经过相关处理，此时可以得到输出信号为*( ) ( ) ( )out rs t s u g u t du （2.14）假设匹配卷积滤波器中的波形为，，则可以得到( ) ( ) ( ) ( ) ( )out r rs t s t h t s u h t u du （2.15）其中*h (t ) g ( t )（2.16）通过上述公式

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南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章水下声学与声呐系统2g (t ) s (t ) p (t / T ) exp( j kt)（2回波信号：20 0( ) (( ) / ) exp( ( ) )rs t p t t T j k t t（2滤波器中加入的信号：* 2h (t ) g ( t )=p (t / T ) exp(- j kt)（2此时，输出信号：*( ) ( )out rs s u g u t du （将上述图 2.7 中的声波信号经过时间域压缩后的结果如下：
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB56

【参考文献】