基于BELLHOP模型的宽带信号波形预报

为解决信号级声纳仿真系统的水声传输信道宽带信号波形预报问题,采用射线模型的基本原理,推导了基于射线的宽带水声信道响应函数。并在Pekeris环境条件下,分析比较了基于BELLHOP射线模型的时域宽带模型与基于BDRM模型的频域宽带模型波形预报结果。结果表明,水声信道具有典型的时域数字滤波器特征,其本质是对脉冲信号进行延迟、加权和求和,这种延迟求和会导致系统频域幅度响应函数呈现"梳状滤波器"形状。在一定条件下,射线模型与简正波模型具有同等计算精度,由于射线模型通过一次计算就能得到所有本征声线的幅度和延迟,相对于简正波模型来说,计算效率更高。同时利用射线模型,能够方便地选择接收特定角度出射的本征声线。

基于集群的水声宽带波形预报系统设计与实现

水声宽带波形预报是水下声信息传输的重要环节,是实现传感器信号级仿真的关键技术。首先介绍了基于波束位移射线简正波(BDRM)理论的频域宽带模型,引入宽带模型频域近似展开技术,提高模型计算速度;然后基于集群的高性能并行计算技术,提出宽带模型并行算法,实现快速准确的宽带信号波形预报;最后,以曙光高性能并行平台为开发基础,构建基于集群的水声宽带波形预报系统,并对系统组成、体系结构和并行算法框架进行了分析和设计。

水声宽带信号波形预报技术研究

为了实现远程水下目标微弱信号检测,掌握远程传输后信号波形的特征,水声宽带信号波形预报技术是研究水下信号精细化特征研究的重要突破口之一。针对宽带信号,采用波束位移射线简正波(BDRM)频域合成波形预报算法和BELLHOP射线时域波形预报算法,获得宽带信号远程波形预报模型,并在浅海负跃层和深海声道两种典型海洋环境下,利用上述两种宽带波形预报算法,仿真计算了宽带信号远程波形,比较了两种波形预报算法精度。结果表明,在一定条件下,两种模型具有同等计算精度,可满足不同条件下的信号波形预报需求。

水声宽带信号波形预报的并行算法

针对利用频域方法实现水声宽带信号波形预报过程中计算量较大的问题,引入频域宽带近似展开模型,研究了适合该宽带模型特点的并行算法,将串行模型并行化,并对宽带信号波形并行算法的可行性和有效性进行了分析,通过仿真分析利用模型的并行算法,在典型浅海负跃层和深海声道环境下,波形预报速度分别提高了26倍和24.6倍,计算效率都在75%以上,有效的实现了水下宽带声场的快速准确预报,为实现大规模信号级仿真奠定基础。

An efficient broadband coupled-mode model using the Hamiltonian method for modal solutions

A numerically efficient broadband, range-dependent propagation model is proposed, which incorporates the Hamiltonian method into the coupled-mode model DGMCM. The Hamiltonian method is highly efficient for finding broadband eigenvalues, and DGMCM is an accurate model for range-dependent propagation in the frequency domain. Consequently, the proposed broadband model combining the Hamiltonian method and DGMCM has significant virtue in terms of both efficiency and accuracy. Numerical simulations are also provided. The numerical results indicate that the proposed model has a better performance over the broadband model using the Fourier synthesis and COUPLE, while retaining the same level of accuracy.