经多途海洋信道传播后的舰船辐射噪声特性仿真∗

陈艳静

1 引言

多途是由于声波在水声信道传播过程中，遇到各种反射体（如上、下表面，水中物体，非均匀水团等）所引起的反射、折射和散射。这些反射和折射信号同直达信号在接收端互相干涉造成了干扰，形成多途。因此在声传播过程中，从起点到终点存在很多运动途径，多途情况时时伴随。为了更加真实地模拟海洋中的信道特性，本文采用多途信道，利用射线理论对多途信道进行了模拟。

其中，1是指信号由发射到接受直线传播，2是信号经海面反射传播，3是信号经海底反射传播，4是信号经海面—海底反射传播。

2 信道建模

舰船目标是水声中最常见的一类目标，其辐射噪声特性具有其自身的典型特点，经过海洋环境传播后的噪声特性除了其自身特点外还将受到海洋这一特殊滤波器的影响。信道建模主要基于上述物理条件，实现对满足一定空间几何关系的水听器接收舰船辐射噪声信号模拟［1～2］。

建立模型为发射点与接收点的水平距离是500m，海洋深度100m，舰船距海面深5m，接收点距离海面深50m，噪声在水中的传播速度1450m/s。在仅考虑海面、海底及海面海底三次反射条件下经过几何关系算［3］，每个途径的声传播的时间如下：

通过查找文献［4～5］可设海面反射系数为-0.9，海底反射系数为0.3，则海面海底反射系数为-0.27。因此海洋多途信道的冲击响应函数图形如图2。

3 经过信道传播后的舰船辐射噪声特性仿真

在建立好多途信道模型后，将获得的模拟舰船噪声信号通过信道［6］，可得到直达声及反射声在内的四条延迟信号如图4所示。图4从下至上依次为原始舰船模拟信号［7］，直达声传播的接收信号1，经海面传播反射的接收信号2，经海底反射的接收信号3，经海面-海底反射传播的接收信号4。如图4所示。

将接收到的四个信号加在一起，就得到了接收到的经过多途海洋信道传播后的舰船辐射噪声［8～9］，以下是噪声仿真的时域图［10～11］，如图5所示。

4 结语

本章主要论述了海洋多途信道模型，及经过信道传播后的舰船辐射噪声的生成。首先介绍了多途信道的形成原因等［12］，并给出了基于射线理论的多途信道仿真模型，并对舰船辐射噪声信号进行了仿真，获得了满足几何传播条件的多途接收信号。对获得的信号进行了谱特性分析可知由于多途信道的作用造成了接收信号频谱的通止带特性。

［1］李琴，苑秉成，张文娟.舰船辐射噪声建模及仿真模拟器的实现［J］.船舶科学技术，2010，32（4）：121-124.

［2］杜选民，姜亚浩.舰船辐射噪声模拟技术研究［J］.声学技术，1999，18（1）：10-13.

［3］肖心敏.舰船辐射噪声主动模拟技术研究［J］.船舶科学技术，2002，24（2）：29-35.

［4］R.J.尤立克著.水声原理［M］.哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1990：258-274.

［5］刘忠东，刘雨东，刘文帅.舰船噪声特性数据库系统的设计和实现［J］.船舶电子工程，2004，24（4）：68-71.

［6］何正耀，张翼鹏.舰船辐射噪声建模及仿真研究［J］.电声技术，2005，12：52-55.

［7］程宜杰.舰船噪声的频谱分析方法［J］.中国科技信息，2006，21：302-303.

［8］Stephen C Wales，Richard M Heitmeyer.An Ensemble Sourcespectra Model for Merchant Ship-radiated Noise［J］.J.Acoust.Soc.Am.2002，111（3）：1211-1231.

［9］邱卫海，刘文帅，王修波.国外舰船噪声测试技术［J］.船舶科学技术，2011，33（4）：147-150.

［10］王东.拖曳线列阵平台背景信号仿真模块设计［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.

［11］吴国清.舰船识别（I）总体框架，线谱分析和提取［J］.声学学报，1998，23（5）：394-400.

［12］朱安珏.舰船辐射噪声特性仿真［J］.声学技术，2004，23（z1）：178-181.