[发明专利]浅海水声信道模型建立及其计算方法

摘要

本发明公开了一种浅海水声信道模型建立及其计算方法，主要包括以下步骤：步骤一：提出与实际情况符合的几何模型，步骤二：提出供数学分析的参考模型，推导出衰落信道参考模型的时变信道冲激响应，进而推导了离开角和到达角的概率密度函数以及UWA信道模型传播时间以及频率延迟的表达式，步骤三：根据参考模型建立用于实验仿真的SOC随机信道仿真模型，并提出等区域散射方法用于参数化信道仿真模型，步骤四：利用传统的Lp标准方法参数化仿真信道模型，并将两种方法性能进行比较，步骤五：理论结果与分析。本发明的一种浅海水声信道模型建立及其计算方法，采用MESS参数化方法，在参数计算方面相对简单，能够得到函数闭合解析式，并且与传统的Lp方法相比较，在数值精确度方面也是准确高效的。

主权项

1.一种浅海水声信道模型建立及其计算方法，其特征在于：包括以下步骤：S01，建立浅海水声信道模型，假设在散射体S_i,n都是随机分布在海洋浅水区海面和海底上，其中n代表第n个散射体S_i,n，n＝1、2、3…N_i，其中，i＝1对应海洋浅水区海面，i＝2对应海洋浅水区海底，N₁和N₂分别代表海洋浅水区海面和海底散射体的总个数；发送端Tx距离海面的距离为且距离海底距离为接收端R_x以的速度沿着角度决定的方向匀速运动，距离海面和海底的距离分别为和接收端R_x与发送端T_x在x轴方向上的距离为D，符号β_(i,n)和α_(i,n)分别表示海面以及海底有关的第n条路径的AOD和AOA，符号α₀表示LOS分量的AOA；S02，计算时变信道冲激响应h(τ’,t)，其计算方法如下，其中，τ’,t分别代表传播延迟和时间，h0(τ’,t)代表LOS分量决定的时变信道冲激响应，h1(τ’,t)和h2(τ’,t)分别代表海面和海底的散射分量决定的时变信道冲激响应，其中，cR为莱斯因子，τ’0表示LOS分量的传播延迟，符号f0和θ0分别代表LOS分量的多普勒频率和相位变化，As(D0)和Aa(D0)分别表示由于球形分布和能量吸收损耗引起损失系数，j表示复数的虚部，δ(*)表冲激函数，多普勒频率f0由下式决定：f_max表示最大多普勒频率，f_max＝V_Rf_c/c_s其中表明接收端R_x移动速度，代表移动速度的绝对值，f_c表示载波频率，c_s表示声音在海水中的传播速度，根据S01建立的模型，可以由下式得到AOA的α₀以及传播延迟τ’₀发送端Tx和接收端Rx之间的距离D0可表示为：公式(2)中As(D0)和Aa(D0)的计算方式如下：其中，Dx代表总的传播长度，参数β的表达式如下所示：其中参数A＝2.34×10‑6，B＝3.38×10‑6，符号Sa代表海水含盐量，T代表温度，fT表示弛豫频率，P表示当前深度的水压，P＝1.01(1+0.1h)，h表示水深；公式(1)中的h1(τ’,t)以及h2(τ’,t)由以下公式给出：fi,n、表示来自海面或海底的第n条路径散射分量的多普勒频率的变化，θi,n表示来自海面或海底的第n条路径散射分量的相位变化，由独立同分布随机变量模拟，并且假设它在区间(‑π,π]内服从均匀分布，As(Di,n)和As(Di,n)也分别通过公式(7)和公式(8)计算，τ’i,n表示接收到来自海面或海底的第n条路径散射分量的传播延迟，变量Di,n表示声信号从发送端Tx经过散射体传播到接收端Rx的总距离；