(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 202111614116.0 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七一五研 究所 地址 310023 浙江省杭州市西湖区留下街 道屏峰715号 (72)发明人 蒋西海　王晓林　严琪　魏涛　 马世龙　任凯威　 (51)Int.Cl. G01S 7/537(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底 混响仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于可变小数时延滤波 器的宽带信号海底混响仿真方法， 涉及水声工程 的技术领域， 解决了现有技术中海底混响建模中 只使用散射强度来形容海底的粗糙程度， 不考虑 起伏的海底表 面会带来声程时延差的问题。 该基 于散射单元回波迭加的点散射模 型， 综合考虑海 底散射单元的散射强度、 四类一次海底散射散射 和发射信号等因数， 仿真获得的宽带混响时间序 列。 对得到的混响时间序列进行频数统计， 仿真 结果显示混响瞬时值和包络的概率密度函数服 从高斯和瑞利分布。 本发明具有较高的仿真精度 和较好的实用性。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115201798 A 2022.10.18 CN 115201798 A 1.一种基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其特征在于， 具体包 括如下步骤： 步骤一： 设定发射信号、 海洋以及海底粗 糙程度参数； 步骤二： 在海底空间上布置混响散射单 元， 采用点散射模型、 设定 散射单元坐标； 步骤三： 基于海底散射单元的声程差求得FARROW结构滤波器的最优权值， 并存储得到 的滤波器参数； 步骤四： 设定各散射单 元的散射强度以及起伏海底 表面造成的声程时延差； 步骤五： 根据各散射单元的声程时延差调节FARROW结构滤波器参数， 将预设的宽带信 号输入至调节后的FAR ROW结构滤波器中进行 滤波生成混响序列； 步骤六： 迭加散射区所有单 元产生的混响序列得到总混响仿真波形。 2.根据权利要求1所述的基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其 特征在于， 步骤一中， 根据要求设定发射信号的脉宽和带宽， 确定发射声源深度、 接 收声源 深度以及海深。 3.根据权利要求2所述的基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其 特征在于， 步骤二中， 首 先确定海底散射单 元的分布范围， 在此 范围内布置混响散射单 元。 4.根据权利要求3所述的基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其 特征在于， 步骤三中， 求FAR ROW结构滤波器的最优权值的具体步骤为： 步骤31： 拟合数字时延滤波器频率特性的目标函数为 minimax W(ω)|H(ejω)‑Hd(ejω)| 其中， H(ejω)为理想的无限长度h(n)的傅里叶变换， Hd(ejω)为目标频率特性， W(ω)为 频率加权函数； 步骤32： 设小数时延d的范围为[ ‑0.5， 0.5]， 多 项式拟合的阶数为p， 则时延滤波器为： 其中， Cm(n)为小数时延滤波器的拟合系数， N为滤波器的抽 头数， hd(n)为时延d的滤波 器系数， 则滤波器的传递 函数Hd(ejω)为 其中， 5.根据权利要求4所述的基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其 特征在于， 步骤四中， 设定各散射单元 的散射强度以及起伏海底表面造成的声程时延差的 具体步骤为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201798 A 2步骤41： 依据海底散射介质设定第i个散射单元的散射系数A(i)， A(i)服从均值为μ的 高斯分布； 步骤42： 依据海底表面的起伏大小设定第i个散射单元的时延差Δτi， Δτi服从( τ1， τ2) 的均匀分布， τ1和 τ2为事先设定值。 6.根据权利要求5所述的基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其 特征在于， 步骤五中， 所述 生成混响序列的公式为 步骤51： 第i个散射单 元混响序列为： 其中， A(i)为第i个散射单元的散射系数， tis和Ris分别为声波传播到第i个散射单元的 时间和距离， tim和Rim分别为接收水听器接收到第i个散射单元的信号 的传播时间和距离， dA为散射单 元的面积， 声 波入射角为θ， 输出角为 步骤52： 调整FARROW结构滤波器的输入时延d＝Δτi， 编号为第i个散射元的输入信号经 FARROW结构滤波器作用后输出第i个散射元的混响时间序列， 再对滤波后的时间序列乘上 权值 7.根据权利要求6所述的基于可变小数时延滤波器的宽带信号海底混响仿真方法， 其 特征在于， 步骤六中， 所述水听器接收到海底粗 糙表面的混响信号 为 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201798 A 3