CN111257857A - 一种水下目标模拟系统及方法 - Google Patents

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CN111257857A CN202010089429.8A CN202010089429A CN111257857A CN 111257857 A CN111257857 A CN 111257857A CN 202010089429 A CN202010089429 A CN 202010089429A CN 111257857 A CN111257857 A CN 111257857A
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Abstract

本发明涉及一种水下目标模拟系统，包括：信号产生模块、水下目标装置和水声接收模块；信号产生模块用于连续产生组合信号[Sn Xn]，将组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；双频段发射信号X(n)的频段包括频段为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，第一频段高于第二频段；水下目标装置用于获取声信号，在对声信号进行滤波得到位于第一频段的第一信号，根据第一信号的延时采样产生回波声信号。整个系统通过产生一个双频段的声信号，水下目标装置获取到声信号后，经过处理高频段信号，并发送一个低频段的声信号，解决了水下目标装置同时接收与发射声信号产生串扰的问题。

Description

一种水下目标模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及水声探测技术领域，尤其涉及一种水下目标模拟系统及方法。
背景技术
当前，主动声纳主要采用的是脉冲式探测方式。由于声波在水中的传播速度约为1500m/s，远低于电磁波在空气中的传播速度。一般来说，脉冲式低频主动声纳的脉冲重复频率比雷达慢千倍以上，往往需要15s到60s才能确定目标是否存在。较长的判断时间加剧了介质及目标时变、空变特性造成的影响，进而降低了声纳判别的准确性。近年来，连续波主动声纳得到了国内外水声技术领域的广泛关注，被认为是一种可改变规则的技术。连续波主动声纳可以实现连续探测跟踪，并可利用较长的相关时间获得更高的处理增益，获得优越的探测能力，可以应用到现有的多种收发分置主动声纳系统，具有重要的应用价值。
目标模拟系统是一种用于声纳技术研究试验、验收以及训练的辅助配套设备。它在设定的目标位置进行信号接收，检测是否有主动声纳发射的探测信号，根据设定参数，对目标进行回波信号模拟，发射目标模拟的回波信号。传统的主动声纳试验使用的目标模拟器，是根据脉冲主动声纳探测的特点，对于探测信号的接收和回波转发一般是采用Ping-Pong工作模式，即二次接收一次转发的方式来解决目标模拟器位置处的接收与发射信号串扰的问题。该工作模式可以应用于连续波主动声纳的静止目标回波模拟。由于该模式下连续探测信号在二次接收一次转发时间内要求目标模拟器的位置近似在同一位置，并不适合于连续波主动声纳技术研究的运动目标探测试验。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种水下目标模拟系统及方法，旨在解决现有技术中，不能对运动目标进行连续回波模拟的问题。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供了一种水下目标模拟系统，包括：信号产生模块、水下目标装置和水声接收模块；
所述信号产生模块用于产生组合信号[Sn Xn]，将所述组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，所述组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；所述双频段发射信号X(n)的频段包括频段为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，所述第一频段高于所述第二频段；
所述水下目标装置用于获取声信号，在对所述声信号进行滤波得到位于所述位于第一频段的所述第一信号，根据所述第一信号的延迟采样产生回波声信号；
所述水声接收模块用于根据接收到的所述双频段声信号和所述回波声信号后，判断所述水下目标的状态信息。
优选地，所述信号产生模块具体包括：初始化单元、采样变换单元、加法单元、组合信号单元、卷积运算单元和发射单元；
所述初始化单元用于确定所述触发信号S(n)、原始发射信号U(n)，所述原始发射信号U(n)的频率范围为[fmin,fmax]、输出响应补偿函数和频率比例因子α，(α＞1)，所述触发信号S(n)的频率为触发频率；
所述采样变换单元根据所述频率比例因子α，减少所述原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为[αfmin,αfmax]的高频段信号U(n/α)；
所述加法单元用于将所述高频段信号U(n/α)与所述原始发射信号U(n)相加得到所述双频段发射信号X(n)；
所述组合信号单元对所述双频段发射信号X(n)和所述触发信号S(n)按顺序组合得到所述组合信号[Sn Xn]；
所述卷积运算单元用于对所述组合信号[Sn Xn]和所述输出响应补偿函数进行卷积运算得到补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000031
所述发射单元用于对所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000032
进行功率放大后，并将功率放大后的所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000033
转化为所述双频段声信号。
优选地，所述水下目标装置包括：信号接收单元、信号处理单元和回波发送单元；
所述信号接收单元用于获取声信号，将所述声信号转化为电信号，以采样频率fs对所述电信号进行采样得到数字信号，并将所述数字信号实时发送给所述信号处理单元；
所述信号处理单元用于判断所述数字信号是否为所述组合信号[Sn Xn]，若是，则对所述数字信号实时进行滤波处理保留位于所述第一频段的所述第一信号；用第二采样率对所述第一信号进行延时采样得到采样信号，对所述采样信号进行数模转换为模拟信号，将所述模拟信号发送给所述回波发送单元；
所述回波发送单元对接收到的所述模拟信号进行放大后转化为所述回波声信号。
优选地，信号处理单元包括触发信号检测单元，所述触发信号检测单元用于判断所述数字信号是否为所述组合信号[Sn Xn]，具体为：
先对所述数字信号分段缓存，通过对每段缓存的信号中位于所述触发频段的信号均与参考触发信号做频域互相关处理得到互相关结果；
再对所述互相关结果进行取模得到模值；
通过将模值与预设的门限值进行比较；
若连续M个所述模值超过所述预设的门限值，则判断所述数字信号为所述组合信号[Sn Xn]，M为预先设定的数值。
优选地，所述第二采样率为fs/α。
优选地，所述第一频段的范围为[αfmin,αfmax]，所述第二频段的范围为[fmin,fmax]。
优选地，本发明还提供了一种水下目标模拟方法，包括：
P1：信号产生与发射：
连续产生组合信号[Sn Xn]，将所述组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，所述组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；所述双频段发射信号X(n)的频段包括频段为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，所述第一频段高于所述第二频段；
P2：信号接收处理与发射：
获取声信号，在对所述声信号进行滤波得到位于所述第一频段的所述第一信号，根据所述第一信号的延迟采样产生回波声信号；
P3：信号的最终处理：
根据接收到的所述双频段声信号和所述回波声信号后，判断水下目标的状态信息。
优选地，所述P1：信号产生与发射，包括以下步骤：
P1-1：确定触发信号S(n)、原始发射信号U(n)，所述原始发射信号U(n)的频率范围为[fmin,fmax]、输出响应补偿函数和频率比例因子α，(α＞1)，所述触发信号S(n)的频率为触发频率；
P1-2：根据所述频率比例因子α，减少所述原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为[αfmin,αfmax]的高频段信号U(n/α)；
P1-3：将所述高频段信号U(n/α)与所述原始发射信号U(n)相加得到所述双频段发射信号X(n)；
P1-4：对所述双频段发射信号X(n)和所述触发信号S(n)按顺序组合得到所述组合信号[Sn Xn]；
P1-5：对所述组合信号[Sn Xn]和所述输出响应补偿函数进行卷积运算得到所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000043
P1-6：对所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000044
进行功率放大后，并将功率放大后的所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000051
转化为所述双频段声信号。
优选地，所述P2：信号接收处理与发射，包括以下步骤：
P2-1：获取声信号，将所述声信号转化为电信号，以采样频率fs对所述电信号进行采样得到数字信号，并将所述数字信号实时发送给所述信号处理单元；
P2-2：所述信号处理单元用于判断所述数字信号是否为所述组合信号[Sn Xn]，若是，则对所述数字信号进行滤波处理保留位于所述第一频段的所述第一信号；用第二采样率对所述第一信号进行延时采样得到采样信号，对所述采样信号进行数模转换为模拟信号，将所述模拟信号发送给所述回波发送单元；
P2-3：所述回波发送单元对接收到的所述模拟信号进行放大后转化为所述回波声信号。
(三)有益效果
本发明先通过信号产生模块产生一个双频段的声信号，在水下目标装置获取到声信号并判断接收到的信号为信号产生模块所产生时，对信号进行滤波处理，保留位于高频段的部分，对信号进行延时采样处理后发射位于低频段的回波声信号，由于在水中接收和发射声音信号的装置均为水声换能装置，水下目标装置在水中接收一个双频段的声信号，通过滤波处理保留高频段信号，并发送一个低频段的声信号，接收与发射信号并不会产生串扰的问题，即可实时模拟目标的回波产生，能够运用于运动目标的回波模拟，所以本发明具有实时转发任意波形信号的特点，可应用于水下目标的主动探测跟踪实验。
附图说明
图1为本发明中一种水下目标模拟系统的结构示意图；
图2为本发明中信号产生模块的内部结构示意图；
图3为办发明中信号产生模块的另一种内部结构示意图；
图4为本发明中水下目标装置的内部结构示意图；
图5为本发明中水下目标装置的另一种内部结构示意图；
图6为本发明中触发信号检测单元的内部结构示意图；
图7为本发明一种水下目标模拟方法的流程图；
图8为本发明中步骤P1的流程图；
图9为本发明中步骤P2的流程图。
【附图标记说明】
1：信号产生模块；11：初始化单元；12：采样变换单元；13：加法单元；14：组合信号单元；15：卷积运算单元；16：发射单元；2：水下目标装置；21：信号接收单元；22：信号处理单元；23：回波发送单元；3：水声接收模块。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例提供一种水下目标模拟系统的结构示意图，本实施例的水下目标模拟系统，包括：信号产生模块1、水下目标装置2和水声接收模块3；
信号产生模块1用于连续产生组合信号[Sn Xn]，将组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；双频段发射信号X(n)的频段包括频率为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，第一频段高于第二频段。
水下目标装置2用于获取声信号，在对信号进行滤波得到位于第一频段的第一信号，根据第一信号的延时采样产生所述处于第二频段的信号，并发射所述第二频段的信号；。
水下目标装置2一般布置在船只上，船只可以处于运动或禁止的状态，由于水下目标装置2在水中接收和发射声信号的装置均为水声换能装置，水下目标装置2在水中接收一个双频段的声信号，通过滤波处理保留高频段信号，并发送一个低频段的声信号，接收与发射信号并不会产生串扰的问题，所以水下目标装置2能够连续且同时地接收和发射信号。进而能够对运动状态下的水下目标装置2进行主动探测模拟。
水声接收模块3用于根据接收到的双频段声信号和回波声信号后，判断水下目标装置2的状态信息，水声接收模块3包括有水听器阵列单元、多通道滤放电路单元和显控器单元；水听器阵列单元用于接收水中的声信号；多通道滤放电路单元用于对多通道信号进行调理放大处理；显控器单元用于显示双频段声信号和水下目标装置发射的回波声信号。通过分析双频段声信号中的低频段部分和回波声信号来判断水下目标2的状态信息。
为更好的理解上述图1中所示的信号产生模块，本实施例在图2中示出了信号产生模块的内部结构示意图，本实施例的信号产生模块1可包括：初始化单元11、采样变换单元12、加法单元13、组合信号单元14、卷积运算单元15和发射单元16。
初始化单元11用于确定触发信号S(n)、原始发射信号U(n)，原始发射信号U(n)的频率范围为[fmin,fmax]、输出响应补偿函数和频率比例因子α，(α＞1)，触发信号S(n)的频率为触发频率。
采样变换单元12根据频率比例因子α，减少原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为[αfmin,αfmax]的高频段信号U(n/α)。
加法单元13用于将高频段信号U(n/α)与原始发射信号U(n)相加得到双频段发射信号X(n)。
组合信号单元14对双频段发射信号X(n)和触发信号S(n)按顺序组合得到组合信号[Sn Xn]。
由于发射单元16中包括有发射双频段声信号的水声换能器装置，其工作频带无法满足在双频带模式条件下保持发射电压响应谱级平坦，因此组合单元将组合信号[Sn Xn]发送至发射单元16之前，还将组合信号[Sn Xn]发送至卷积运算单元15进行补偿处理。
卷积运算单元15用于对组合信号[Sn Xn]和输出响应补偿函数进行卷积运算得到补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000083
并将补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000084
发送至发射单元16。
发射单元16用于对补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000085
进行数模转换后，功率放大，并将功率放大后的补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000086
转化为双频段声信号。
第一频段的范围为[αfmin,αfmax]，第二频段的范围为[fmin,fmax]。
其中，卷积运算单元15对组合信号[Sn Xn]和输出响应补偿函数进行卷积运算得到补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000087
的一种实施方式为：
卷积运算单元15包括FFT运算子单元、乘法器子单元和IFFT运算子单元。卷积运算单元15对组合信号[Sn Xn]进行补偿处理的步骤为：
首先，FFT运算子单元用于对组合信号[Sn Xn]进行快速傅里叶变换，将组合信号[Sn Xn]转换到频域。
然后，乘法器子单元用于将组合信号[Sn Xn]的频谱与预先设置的频率补偿系数相乘，得到经频率补偿后的信号频谱，其中频率补偿系数为输出响应补偿函数经过快速傅里叶变换所得到。
最后，IFFT运算子单元是将经频率补偿后的信号频谱做快速傅里叶逆变换转换到时域得到补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000091
并将补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000092
发送给发射单元16。
为从另外一种角度理解上述图1中所示的信号产生模块1，本实施例在图3中示出了信号产生模块1另一种的内部结构示意图，需要说明的是，本实施例只是对信号产生模块1产生双频段声信号的一种具体方式，所以在本实施例中的相关名称不对后续其他实施例中的名称具有限定作用，本实施例的信号产生模块1可包括：升采样单元、加法器、组合信号构造单元、FFT运算单元、乘法器、IFFT运算单元、数模转换单元和第一发射单元。
升采样单元用于根据频率比例因子α减少原始发射信号U(n)采样时间间隔，将信号变换到高频段，得到高频段信号U(n/α)，与原始发射信号U(n)在频域上分隔开来。加法器用于对高频段信号U(n/α)与原始发射信号U(n)相加运算，得到包含高、低频段的双频段发射信号X(n)。组合信号构造单元是按照触发信号S(n)和双频段发射信号X(n)的先后顺序组合成组合信号[Sn Xn]。FFT运算单元是考虑到双频带信号发射对声源的带宽要求较高，将组合信号[Sn Xn]转换到频域；乘法器是用于将组合信号[Sn Xn]频谱与频率补偿系数相乘，得到经频率补偿后的信号频谱；IFFT运算单元是将经频率补偿后的信号频谱转换到时域，得到最终的发射信号数字波形；数模转换单元是将发射信号数字波形转换成第一模拟信号，输出给第一发射单元；第一发射单元对第一模拟信号进行功率放大后转化为双频段声信号。
此外，本实施例中还示出了水下目标装置的结构示意图，如图4所示，本实施例的水下目标装置可包括：信号接收单元21、信号处理单元22和回波发送单元23。
信号接收单元21用于获取声信号，将声信号转化为电信号，以采样频率fs对电信号进行采样得到数字信号，并将数字信号实时发送给信号处理单元22。
信号处理单元22用于判断数字信号是否为组合信号[Sn Xn]，若是，则对数字信号进行滤波处理保留位于第一频段的第一信号；用第二采样率对第一信号进行延时采样得到采样信号，对采样信号进行数模转换为模拟信号，将模拟信号发送给回波发送单元23。
在实际应用中，可设置第二采样率为fs/α，以相对较慢的第二采样率fs/α进行延时采样，从而将得到的采样信号的频率降低，采样信号的持续时间得以延长；并将该时间扩展后的采样信号进行数模转换为模拟信号，输出到回波发射模块。通过对位于高频段的第一信号进行时间扩展的延时采样输出，避免实时转发回波过程中面临的信号接收与同时发射的串扰问题，从而实现接近于零延时的模拟目标回波转发，以支持水下运动目标的连续探测跟踪试验研究。
回波发送单元23对接收到的模拟信号进行功率放大后转化为所述回波声信号。
信号处理单元22包括触发信号检测单元，触发信号检测单元判断数字信号是否为组合信号[Sn Xn]，具体为：
先对数字信号分段缓存，通过对每段缓存的信号中位于触发频段的信号均与参考触发信号做频域互相关处理得到互相关结果。
再对互相关结果进行取模得到模值。
通过将模值与预设的门限值进行比较。
若连续M个模值超过预设的门限值，则判断数字信号为组合信号[Sn Xn]，M为预先设定的数值。
其中，对位于触发频段的信号与参考触发信号做频域互相关处理具体为，将位于触发频段的信号与参考触发信号进行卷积运算，根据卷积定理可知位于触发频段的信号与参考触发信号时域上的卷积等于频域上的乘积。
在可能实现方式中，触发信号检测单元用于对位于触发频段的信号均与参考触发信号做频域互相关处理得到互相关结果，具体为：
首先，通过对每段缓存的信号中位于触发频段的信号做快速傅里叶变换分别得到多个第一频域信号，对参考触发信号做快速傅里叶变换得到第二频域信号。
然后，用乘法器将第二频域信号分别与第一频域信号相乘得到多个乘积运算结果。
最后，分别对乘积运算结果进行快速傅里叶逆变换得到多个互相关结果。
此外，在实际的情况中，本实施例在图5中示出了水下目标装置2的另一种内部结构示意图，需要说明的是本实施例对水下目标装置2的相关描述名称不对后续其他实施例中的名称具有限定作用，也仅仅是水下目标装置实现接收、处理和发射信号的一种具体的实施例。在本实施例中，水下目标装置2包括：触发信号检测单元、模式转换、带通滤波单元、降采样单元、数模转换单元和回波发射单元。
触发信号检测单元对接收的信号进行重叠分段缓冲，通过对分段缓存的信号与参考的触发信号(一般为线性调频)频域互相关处理取模，将模值与门限进行比较，当连续宽度的模值超过门限则认为检测到信号，否则重新计算进行判决。模式转换在接收到触发信号检测单元发送的“是(真)”时，允许采集的信号执行后续的滤波处理。带通滤波单元是常规的FIR带通滤波器，用于实时处理接收的双频段声信号，保留其中的第一频段的部分。降采样单元是根据频率比例因子α增加输入信号的采样时间间隔，以相对较慢的第二采样率fs/α进行延时二次采样，从而将信号的频率降低，信号的持续时间得以延长。数模转换单元是将时间扩展后的采样信号进行D/A转换为模拟信号，输出到回波发射单元，回波发射单元将接收到的模拟信号进行功率放大后发射，产生回波声信号。
在实际的实现过程中，本实施例在图6中示出了触发信号检测单元的可能内部结构示意图，需要说明的是，本实施例只是对触发信号检测单元判断数字信号是否为组合信号[Sn Xn]的一种实施例，所以在本实施例中的相关名称不对后续其他实施例中的名称具有限定作用，本实施例的触发信号检测单元包括：FFT运算单元、乘法器、IFFT运算单元、取模、门限比较单元。
对接收的信号进行重叠分段缓冲，FFT运算单元通过对分段缓存的N点信号与参考的触发信号(一般为线性调频)分别做N点FFT运算，再利用乘法器对FFT运算结果作点乘处理，随后对乘法运算结果作N点IFFT运算，得到接收信号与参考信号的频域相关处理结果，对该结果取模，并设定当连续M点的模值超过设定的门限则认为检测到信号，否则重新计算进行判决。
在实施例1中，原始发射信号U(n)的持续时长为18秒，频率为1800-2700Hz的线性扫频信号；触发信号S(n)的持续时间为0.3秒，频率为6500-7500Hz；频率比例因子α＝5/3。
采样变换单元12对减少原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为3000-4500Hz的高频段信号U(n/α)。
所以双频段发射信号X(n)中的第一频段为3000Hz-4500Hz，第二频段为1800Hz-2700Hz。
如图7至图9所示，本发明还提供了一种水下目标模拟方法包括：
P1：信号产生与发射：
连续产生组合信号[Sn Xn]，将组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；双频段发射信号X(n)的频段包括频段为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，第一频段高于第二频段；
P2：信号接收处理与发射：
获取声信号，在对声信号进行滤波得到位于第一频段的第一信号，根据第一信号的延时采样产生处于第二频段的信号，并发射该处于第二频段的信号，产生回波声信号；
P3：信号的最终处理：
根据接收到的双频段声信号和回波声信号后，判断水下目标2的状态信息；
在优选的实施方案中，本发明示出了上述步骤P1的具体实现过程，如图8所示，上述步骤P1：信号产生与发射，包括以下子步骤：
P1-1：确定触发信号S(n)、原始发射信号U(n)，原始发射信号U(n)的频率范围为[fmin,fmax]、输出响应补偿函数和频率比例因子α，(α＞1)，触发信号S(n)的频率为触发频率；
P1-2：根据频率比例因子α，减少原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为[αfmin,αfmax]的高频段信号U(n/α)；
P1-3：将高频段信号U(n/α)与原始发射信号U(n)相加得到双频段发射信号X(n)；
P1-4：对双频段发射信号X(n)和触发信号S(n)按顺序组合得到组合信号[Sn Xn]；
P1-5：对组合信号[Sn Xn]和输出响应补偿函数进行卷积运算得到补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000133
P1-6：对所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000134
进行功率放大后，并将功率放大后的所述补偿组合信号
Figure BDA0002383229650000135
转化为所述双频段声信号。
在优选的实施方案中,本发明示出了上述步骤P2的具体实现过程，如图9所示，上述步骤P2：信号接收处理与发射，包括以下子步骤：
P2-1：获取声信号，将声信号转化为电信号，以采样频率fs对电信号进行采样得到数字信号，并将数字信号实时发送给信号处理单元22；
P2-2：信号处理单元22用于判断数字信号是否为组合信号[Sn Xn]，若是，则对数字信号进行滤波处理保留位于第一频段的第一信号；用第二采样率对第一信号进行延时采样得到采样信号，对采样信号进行数模转换为模拟信号，将模拟信号发送给回波发送单元23；
P2-3：回波发送单元23对接收到的模拟信号进行放大后转化为所述回波声信号。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种水下目标模拟系统，其特征在于，所述水下目标模拟系统包括：信号产生模块、水下目标装置和水声接收模块；
所述信号产生模块用于产生组合信号[Sn Xn]，将所述组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，所述组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；所述双频段发射信号X(n)的频段包括频段为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，所述第一频段高于所述第二频段；
所述水下目标装置用于获取声信号，在对所述声信号进行滤波得到位于所述位于第一频段的所述第一信号，根据所述第一信号的延迟采样产生回波声信号；
所述水声接收模块用于根据接收到的所述双频段声信号和所述回波声信号后，判断所述水下目标的状态信息。
2.如权利要求1所述的水下目标模拟系统，其特征在于，所述信号产生模块具体包括：初始化单元、采样变换单元、加法单元、组合信号单元、卷积运算单元和发射单元；
所述初始化单元用于确定所述触发信号S(n)、原始发射信号U(n)，所述原始发射信号U(n)的频率范围为[fmin,fmax]、输出响应补偿函数和频率比例因子α，(α＞1)，所述触发信号S(n)的频率为触发频率；
所述采样变换单元根据所述频率比例因子α，减少所述原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为[αfmin,αfmax]的高频段信号U(n/α)；
所述加法单元用于将所述高频段信号U(n/α)与所述原始发射信号U(n)相加得到所述双频段发射信号X(n)；
所述组合信号单元对所述双频段发射信号X(n)和所述触发信号S(n)按顺序组合得到所述组合信号[Sn Xn]；
所述卷积运算单元用于对所述组合信号[Sn Xn]和所述输出响应补偿函数进行卷积运算得到补偿组合信号
Figure FDA0002383229640000011
所述发射单元用于对所述补偿组合信号
Figure FDA0002383229640000021
进行功率放大后，并将功率放大后的所述补偿组合信号
Figure FDA0002383229640000022
转化为所述双频段声信号。
3.如权利要求1或2所述的水下目标模拟系统，其特征在于，所述水下目标装置包括：信号接收单元、信号处理单元和回波发送单元；
所述信号接收单元用于获取声信号，将所述声信号转化为电信号，以采样频率fs对所述电信号进行采样得到数字信号，并将所述数字信号实时发送给所述信号处理单元；
所述信号处理单元用于判断所述数字信号是否为所述组合信号[Sn Xn]，若是，则对所述数字信号实时进行滤波处理保留位于所述第一频段的所述第一信号；用第二采样率对所述第一信号进行延时采样得到采样信号，对所述采样信号进行数模转换为模拟信号，将所述模拟信号发送给所述回波发送单元；
所述回波发送单元对接收到的所述模拟信号进行放大后转化为所述回波声信号。
4.如权利要求3所述的水下目标模拟系统，其特征在于，信号处理单元包括触发信号检测单元，所述触发信号检测单元用于判断所述数字信号是否为所述组合信号[Sn Xn]，具体为：
先对所述数字信号分段缓存，通过对每段缓存的信号中位于所述触发频段的信号均与参考触发信号做频域互相关处理得到互相关结果；
再对所述互相关结果进行取模得到模值；
通过将所述模值与预设的门限值进行比较；
若连续M个所述模值超过所述预设的门限值，则判断所述数字信号为所述组合信号[SnXn]，M为预先设定的数值。
5.如权利要求3所述的水下目标模拟系统，其特征在于，所述第二采样率为fs/α。
6.如权利要求2所述的水下目标模拟系统，其特征在于，所述第一频段的范围为[αfmin,αfmax]，所述第二频段的范围为[fmin,fmax]。
7.一种水下目标模拟方法，其特征在于，所述水下目标模拟方法包括：
P1：信号产生与发射：
连续产生组合信号[Sn Xn]，将所述组合信号[Sn Xn]转化为双频段声信号输出；其中，所述组合信号[Sn Xn]包括双频段发射信号X(n)；所述双频段发射信号X(n)的频段包括频段为第一频段的第一信号和频段为第二频段的第二信号，所述第一频段高于所述第二频段；
P2：信号接收处理与发射：
获取声信号，在对所述声信号进行滤波得到位于所述第一频段的所述第一信号，根据所述第一信号的延迟采样产生回波声信号；
P3：信号的最终处理：
根据接收到的所述双频段声信号和所述回波声信号后，判断水下目标的状态信息。
8.如权利要求7所述的目标模拟方法，其特征在于，所述P1：信号产生与发射，包括以下步骤：
P1-1：确定触发信号S(n)、原始发射信号U(n)，所述原始发射信号U(n)的频率范围为[fmin,fmax]、输出响应补偿函数和频率比例因子α，(α＞1)，所述触发信号S(n)的频率为触发频率；
P1-2：根据所述频率比例因子α，减少所述原始发射信号U(n)的采样时间间隔，生成频率范围为[αfmin,αfmax]的高频段信号U(n/α)；
P1-3：将所述高频段信号U(n/α)与所述原始发射信号U(n)相加得到所述双频段发射信号X(n)；
P1-4：对所述双频段发射信号X(n)和所述触发信号S(n)按顺序组合得到所述组合信号[Sn Xn]；
P1-5：对所述组合信号[Sn Xn]和所述输出响应补偿函数进行卷积运算得到补偿组合信号
Figure FDA0002383229640000041
P1-6：对所述补偿组合信号
Figure FDA0002383229640000042
进行功率放大后，并将功率放大后的所述补偿组合信号
Figure FDA0002383229640000043
转化为所述双频段声信号。
9.如权利要求7所述的目标模拟方法，其特征在于，所述P2：信号接收处理与发射，包括以下步骤：
P2-1：获取声信号，将所述声信号转化为电信号，以采样频率fs对所述电信号进行采样得到数字信号，并将所述数字信号实时发送给所述信号处理单元；
P2-2：所述信号处理单元用于判断所述数字信号是否为所述组合信号[Sn Xn]，若是，则对所述数字信号进行滤波处理保留位于所述第一频段的所述第一信号；用第二采样率对所述第一信号进行延时采样得到采样信号，对所述采样信号进行数模转换为模拟信号，将所述模拟信号发送给所述回波发送单元；
P2-3：所述回波发送单元对接收到的所述模拟信号进行放大后转化为所述回波声信号。
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