(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211130484.2 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 申晓红　董超　王海燕　闫永胜　 马石磊　姜喆　何轲　李洋　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种主动声呐空时混 响建模方法 (57)摘要 本发明提供了一种主动声呐空时混响建模 方法， 将混响空间划分为网格状的散射单元， 建 立一种依赖采样时刻的等时椭球壳模 型， 进而计 算每个散射单元相对于声呐平台的空间方位角， 推导出多普勒频率与空间方位角之间的线性关 系， 得到混响空时分布。 本发明能够有效解决复 杂运动情况下的主动声呐平台混响建模问题， 尤 其是在高速运动下， 通过混响 空时耦合特性表征 能够准确描述任意声呐安装方式下的海洋混响 空时分布， 为混响抑制提供模型参考与数据支 撑。 本发明从混响形成机理出发， 以混响抑制为 目标导向， 兼顾实际应用背景与模型复杂度， 填 补了任意角度运动主动声呐空时混响建模的空 白。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 115455702 A 2022.12.09 CN 115455702 A 1.一种主动声呐空时混响建模方法， 其特 征在于包括下述 步骤： 步骤一： 主动声呐平台参数初始化； 设定声呐参数： 声呐基阵安装角度为 δ， 水平接收扇面角范围为 垂直接收扇面 角范围为 发射信号中心频率f0和脉冲宽度 τ； 设定运动参数： 运动方向与海面夹角ω、 运动初始速度V0、 加速度Δ； 步骤二： 利用步骤一中的声呐平台参数进行混响时间特性表征， 给出主动声呐混响等 时椭球壳尺度公式； 步骤三： 利用声呐平台参数进行混响空间特性表征， 给出纵向中心截面和水平截面的 椭圆极坐标 方程； 步骤四： 基于混响时间和空间特性的表征公式， 给出平面参数zn∈[z0,zN]与散射单元 空间方位角的关系式为： 其中， 为俯仰角， θ 为水平角； 步骤五： 给 出混响散射单 元多普勒频率表达式： fd＝fdmaxcosβ 其中， fd代表混响散射单元多普勒频率， β 为散射元与运动方向的夹角， fdmax＝2V/λ为最 大多普勒频率， λ为发射信号频率的波长， 表达式为 f0为发射信号中心频率； 步骤六： 给 出任意阵列安装角度下多普勒频率表达式为： 其中， α 为散射元与基阵轴向的夹角， δ 为声呐基阵安装角度； 1)δ ＝0°为正侧视阵声呐， 散射元回波的多普勒频率 为： fd＝fdmaxcosα 2)δ ＝90°为前视阵声呐， 散射元回波的多普勒频率 为： 3)0°＜ δ＜90°为斜侧视阵声呐， 散射元回波的多普勒频率满足椭圆方程 其中， 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455702 A 2步骤七： 由步骤六给出的多普勒频率表达式建立主动声呐空时混响模型的建立， 其中 空时分布由方位角余弦cosα与多普勒频率fd的关系确定， 适用于任意角度运动的主动 声呐 平台， 反映了在空间与时间形成二维平面上的分布模型。 2.根据权利要求1所述的主动声呐空时混响建模方法， 其特 征在于： 所述 ψ和φ取值 为0°～360°之间。 3.根据权利要求1所述的主动声呐空时混响建模方法， 其特 征在于： 所述发射信号中心频率f0为几十到几百kH z。 4.根据权利要求1所述的主动声呐空时混响建模方法， 其特 征在于： 所述运动方向与海面夹角为ω∈[ ‑90°,90°]。 5.根据权利要求1所述的主动声呐空时混响建模方法， 其特 征在于： 所述主动声呐混响等时椭球壳尺度公式为： 其中， d为航程的一半， V为t时刻速度， V＝V0+Δt， t为当前采样时刻， V0为初速度， Δ为 加速度， a1， b1为内椭球面的长半轴和短半轴， a2， b2为外椭球面的长半轴和短半轴， c为水声 声速， τ 为信号脉宽 。 6.根据权利要求1所述的主动声呐空时混响建模方法， 其特 征在于： 所述步骤三中， 纵向中心截面椭圆极坐标 方程为： 其中， a， b分别为椭球面的长半轴和短半轴， 本发明取内椭球面， 将内椭球面用于计算 椭球壳尺度特 征椭球面， γ为散射单 元层与声呐基阵的俯仰角； 水平截面的椭圆极坐标 方程为： 其中， a， b分别为椭球面的长半轴和短半轴， 为水平角， 水平接收扇面为水平角 θ 的取值范围， 平面 参数zn∈[z0,zN]， 且权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455702 A 3