水下目标探测主动声纳系统
这个例子展示了如何模拟一个活跃的单站声纳场景有两个目标。各向同性的声纳系统由投影仪阵列和一个水听器元素。投影仪阵列是球形的形状。由水听器接收的背散射信号。接收到的信号包括直接和多路径的贡献。
水下环境
多个传播路径中声音源和目标之间存在浅水环境。在这个例子中,五个路径被假定在一个通道一滩滩积水深度100米,1520米/秒的速度。使用底部亏损0.5 dB为了突出多条路径的影响。
定义水下环境的属性,包括通道深度、传播路径的数量,传播速度,和底部的损失。
numPaths = 5;propSpeed = 1520;channelDepth = 100;isopath {1} = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths (…“ChannelDepth”channelDepth,…“NumPathsSource”,“属性”,…“NumPaths”numPaths,…“PropagationSpeed”propSpeed,…“BottomLoss”,0.5,…“TwoWayPropagation”,真正的);isopath {2} = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths (…“ChannelDepth”channelDepth,…“NumPathsSource”,“属性”,…“NumPaths”numPaths,…“PropagationSpeed”propSpeed,…“BottomLoss”,0.5,…“TwoWayPropagation”,真正的);
接下来,创建一个多路径通道为每个目标。多路径通道传播波形沿多条路径。这两步的过程类似于设计一个滤波器并利用得到的系数滤波器的信号。
fc = 20 e3;%的操作频率(赫兹){1}= phased.MultipathChannel(频道…“OperatingFrequency”、fc);{2}= phased.MultipathChannel(频道…“OperatingFrequency”、fc);
声纳目标
场景有两个目标。第一个目标是更遥远的,但一个更大的目标强度,第二更,但一个更小的目标强度。目标是各向同性的和静止的声纳系统。
tgt {1} = phased.BackscatterSonarTarget (…“TSPattern”,5 * (181361));tgt {2} = phased.BackscatterSonarTarget (…“TSPattern”,-15 * (181361));tgtplat {1} = phased.Platform (…“InitialPosition”,500;1000;-70年),“速度”,(0;0;0]);tgtplat {2} = phased.Platform (…“InitialPosition”,500;0;-40年),“速度”,(0;0;0]);
目标位置,随着信道特性,确定水下沿着信号的传播路径。情节之间的路径声纳系统和每个目标。注意,z坐标决定深度,零对应通道的顶面,在x - y平面的距离是策划,源和目标之间的距离。
helperPlotPaths ([0, 0, -60]、[500 500;1000 0;-70 -40),…channelDepth numPaths)
发射器和接收器
传播波形
接下来,指定一个矩形波形传输到目标。所需的最大目标范围和距离分辨率定义波形的性质。
maxRange = 5000;%最大明确的范围管理员= 10;%需要距离分辨率脉冲重复频率= propSpeed / (2 * maxRange);%脉冲重复频率pulse_width = 2 *管理员/ propSpeed;%脉冲宽度pulse_bw = 1 / pulse_width;%脉冲带宽fs = 2 * pulse_bw;%采样率wav = phased.RectangularWaveform (…“脉冲宽度”pulse_width,…脉冲重复频率的脉冲重复频率,…“SampleRate”fs);
更新多路径通道的采样率与传输波形采样率。
{1}。SampleRate = f;{2}。SampleRate = f;
发射机
发射机由半圆back-baffled各向同性投影仪的元素。发射机位于60米。创建数组并查看数组几何。
平台= phased.Platform (…“InitialPosition”,(0;0;-60年),…“速度”,(0;0;0]);项目= phased.IsotropicProjector (…“FrequencyRange”30 e3, [0],“VoltageResponse”,80,“BackBaffled”,真正的);[ElementPosition, ElementNormal] = helperSphericalProjector (8 fc propSpeed);projArray = phased.ConformalArray (…“ElementPosition”ElementPosition,…“ElementNormal”ElementNormal,“元素”、项目);viewArray (projArray“ShowNormals”,真正的);
查看数组的模式在海拔0度。方向性显示峰值方位对应的方位位置数组元素。
模式(fc, projArray 180:180 0“CoordinateSystem”,“极地”,…“PropagationSpeed”,propSpeed);
接收机
接收者由水听器和一个放大器。水听器是一个各向同性元素,频率范围从0到30千赫,其中包含的操作频率多路径通道。指定水听器电压灵敏度为-140分贝。
水电= phased.IsotropicHydrophone (…“FrequencyRange”30 e3, [0],“VoltageSensitivity”,-140);
热噪声存在于接收到的信号。假设接收机20 dB的增益和噪声指数10 dB。
rx = phased.ReceiverPreamp (…“获得”,20岁,…“NoiseFigure”10…“SampleRate”fs,…“SeedSource”,“属性”,…“种子”,2007);
散热器和收藏家
在一个主动声纳系统中,声波传播到目标时,目标分散,由水听器接收。散热器产生传播波的空间相关性由于阵列几何。同样,收集器将背散射信号由水听器接收元素从远场的目标。
散热器= phased.Radiator (“传感器”projArray,“OperatingFrequency”,…足球俱乐部,“PropagationSpeed”,propSpeed);收集器= phased.Collector (“传感器”、水电、“OperatingFrequency”足球俱乐部,…“PropagationSpeed”,propSpeed);
声纳系统仿真
接下来,将矩形波形在十重复学习间隔和模拟信号接收水听器的每个传输。
x = wav ();%产生脉冲发射= 10;rx_pulses = 0(大小(x, 1),发射);t =(0:大小(x, 1) 1) / fs;为j = 1:发射%更新目标和声纳的位置[sonar_pos, sonar_vel] =平台(1 /脉冲重复频率);为i = 1:2%循环目标我[tgt_pos, tgt_vel] = tgtplat{}(1 /脉冲重复频率);%计算传输路径使用图像的方法。路径%更新根据CoherenceTime财产。(路径,夹住,树脂黄、tgtAng srcAng] = isopath {} (…sonar_pos tgt_pos,…sonar_vel tgt_vel 1 /脉冲重复频率);%计算辐射信号。引导向目标数组。tsig =散热器(x, srcAng);%通过通道传播辐射信号。tsig ={我}频道(tsig、路径、计划下,树脂黄);%的目标tsig = tgt{我}(tsig tgtAng);%收集器rsig =收集器(tsig srcAng);rx_pulses (:, j) = rx_pulses (:, j) +…rx (rsig);结束结束
情节的大小非相干性的集成接收的信号来定位两个目标的回报。
图rx_pulses = pulsint (rx_pulses,“非相干”);情节(t、abs (rx_pulses))网格在包含(“时间(s)”)ylabel (“振幅(V)”)标题(集成接收脉冲的)
分离的目标,一个相对较大的距离,表现为明显的回报。放大第一个返回。
xlim ([0.55 - 0.85])
目标返回的叠加脉冲从多个传播路径,导致多个山峰为每个目标。由此产生的峰值可能被误解为额外的目标。
主动声纳与旅馆服务员
在前面的小节中,声音的速度是常数作为通道深度的函数。相比之下,射线追踪程序像旅馆服务员可以生成声学路径空间变化声音速度概要文件。您可以使用生成的路径信息旅馆侍者将信号通过多路径传播渠道。模拟一个各向同性之间传输投影仪和各向同性target-free环境中的水听器的芒克的声音速度剖面。信息包含在一个旅馆服务员到达文件路径(MunkB_eigenray_Arr.arr)。
旅馆服务员配置
在这个例子中,通道深度是5000米。源位于深度1000米,接收者位于800米的深度。他们相距100公里的范围内。导入和情节旅馆侍者的路径计算。
(路径,夹住,树脂黄、rcvAng srcAng] = helperBellhopArrivals (fc 6假);helperPlotPaths (“MunkB_eigenray”)
对于这个场景,有两个直接路径没有界面反射,和八个路径反射在顶部和底部表面。通道是最低的声音速度约1250米深度,并增加对通道的顶部和底部,最高可达1550米/秒。
创建一个新的通道和接收方从旅馆服务员使用数据。
发行版(收集器)channelBellhop = phased.MultipathChannel (…“SampleRate”fs,…“OperatingFrequency”、fc);rx = phased.ReceiverPreamp (…“获得”10…“NoiseFigure”10…“SampleRate”fs,…“SeedSource”,“属性”,…“种子”,2007);
指定一个脉冲为新配置的问题。
maxRange = 150000;%最大明确的范围脉冲重复频率= propSpeed / (maxRange);%脉冲重复频率pulse_width = 0.02;wav = phased.RectangularWaveform (…“脉冲宽度”pulse_width,…脉冲重复频率的脉冲重复频率,…“SampleRate”fs);
旅馆服务员模拟
接下来,从发射机到接收机模拟十脉冲的传输。
x = repmat (wav(), 1大小(路径,2));发射= 10;rx_pulses = 0(大小(x, 1),发射);t =(0:大小(x, 1) 1) / fs;为j = 1:发射%投影仪tsig = x。*项目(fc, srcAng)”;%通过通道传播辐射信号。tsig = channelBellhop (tsig、路径、计划下,树脂黄);%收集器rsig =收集器(tsig rcvAng);rx_pulses (:, j) = rx_pulses (:, j) +…rx (rsig);结束
脉冲传输的非相干性的集成。
图rx_pulses = pulsint (rx_pulses,“非相干”);情节(t、abs (rx_pulses))网格在xlim(70年[66])包含(“时间(s)”)ylabel (“振幅(V)”)标题(集成接收脉冲的)
传输脉冲出现的峰值响应。注意两个直接路径,没有界面反射,到达第一和幅值最高。收到脉冲比较直接路径,第二个脉冲到达更高的振幅,显示传播距离短。长延迟时间短的路径可以解释通过它传播最慢通道的一部分。减少了剩余的脉冲振幅相比直接路径由于多次反射通道底部,造成损失。
总结
在这个例子中,声脉冲传输和接收在浅水和深水环境。使用矩形波形,主动声纳系统检测到两个截然分开的目标在浅水区。的存在多条路径在接收到的信号就非常明显。接下来,一个投影仪之间的脉冲传播和水听器在深水芒克的声音速度剖面由旅馆服务员使用路径生成的。空间变化的影响声音的速度。
参考
Urick,罗伯特。水声的原则。加州Los Altos:半岛出版,1983年。
