[发明专利]一种具有空间相关性的水声阵列海洋环境噪声仿真方法

摘要

本发明公开了一种具有空间相关性的海洋环境噪声仿真方法，包括如下步骤：（1）设定仿真参数；（2）根据水声阵列参数求解随频率变化的海洋环境噪声空间相关函数，将离散频率进行子频带划分；（3）计算各子频带内相关系数参考值；（4）生成不相关的宽带高斯白噪声；（5）依照步骤2划分的子频带，对步骤4生成的不相关宽带噪声进行滤波，生成不相关带限噪声；（6）依照步骤3中得到的空间相关系数参考值，生成相关带限噪声。（7）将相关带限噪声相加，生成相关宽带噪声；（8）计算海洋环境噪声AR滤波器系数；（9）将步骤7得到的相关宽带噪声作为输入激励步骤8得到的滤波器，生成具有空间相关性的水声阵列海洋环境噪声。

主权项

1.一种具有空间相关性的水声阵列海洋环境噪声仿真方法，包括如下步骤，其特征在于：(1)设定水声阵列海洋环境噪声仿真参数；(2)根据水声阵列参数求解M个阵元两两之间随频率变化的海洋环境噪声空间相关函数序列Q_uv(f_p)，1≤u<v≤M，M为阵元数，p＝0,1,…,N_f‑1，N_f为离散频率总点数；并依照水声阵列中间距最小的两个阵元对应的空间相关函数序列对离散频率序列f_p进行频带分解，得到H个子频带B_j，j＝1,2…,H；(2.1)设定的水声阵列阵元坐标，代入(1)～(3)式计算水声阵列阵元两两之间的间距序列s_uv，阵元连线俯仰角序列γ_uv以及阵元连线的方位角序列ζ_uv，再代入(4)式计算对应的海洋环境噪声空间相关函数序列Q_uv(f_p)，其中z_uv＝z_v‑z_u，x_uv＝x_v‑x_u；s_uv＝||p_v‑p_u||₂                 (1)式中表示方向概率密度函数，i为虚数单位，θ表示俯仰角，表示方位角；(2.2)依据得到的海洋环境噪声空间相关函数序列Q_uv(f_p)，选取s_uv的最小值对应的空间相关函数序列作为参考序列进行频带划分；首先，依照空间相关函数序列的单调性，将离散频率序列f_p划分为K个区间；前K‑1个区间内，各离散频率对应的相关函数值单调变化，且最大值和最小值的差不小于ΔQ；第K个区间内，各离散频率对应的相关函数最大值和最小值的差小于ΔQ；第1个离散频率区间表示为第2个离散频率区间表示为第k个离散频率区间表示为第K个离散频率区间表示为且有s_K＝N_f‑1，k＝1,2,…,K；然后，在每个频率区间内按照(5)式所示的离散频率序列下标间隔ΔN_k对各离散频率区间再进行等间隔划分，每个频率区间划分为N_k个子频带，N_k取值如(6)式所示，总共划分为H个子频带：(5)式和(6)式中round表示四舍五入取整，Q_kmax为第k个区间内相关函数序列的最大值，Q_kmin为第k个子区间内相关函数序列的最小值，H和K的满足(7)式的关系；(3)根据空间相关函数序列Q_uv(f_p)，计算各子频带内相关系数的参考值(4)生成M个长度为N，且互不相关的高斯白噪声序列X_l(n)，l＝1,2,…,M，n＝0,1,2,…,N‑1；(5)依照步骤2中的频带分解结果，对步骤4中M个互不相关的宽带高斯白噪声序列X_l(n)进行带通滤波，生成H组带限高斯白噪声序列，每组中的M个带限高斯白噪声序列互不相关；(6)依照步骤3中得到的各子频带内空间相关系数参考值，生成H组相关带限高斯白噪声序列，第j组中的M个带限高斯白噪声序列分别对应于M个阵元在B_j频带内的带限相关高斯白噪声序列，且两两之间具有特定的相关系数；(7)将与每个阵元对应的H个相关带限高斯白噪声序列相加，生成与M个阵元对应的相关宽带高斯白噪声序列Y_l(n)；(8)根据设定的海洋环境噪声功率谱参数，求解海洋环境噪声AR滤波器系数；(9)用步骤7中得到的与各阵元对应的相关宽带高斯白噪声序列Y_l(n)作为输入，激励步骤8中得到的AR滤波器，生成具有空间相关性的水声阵列海洋环境噪声。