CN117169862B - 基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水声信号模拟技术领域，特别是一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统；方法包括以下步骤：将待模拟的深海宽带信号的带宽分为M个子带宽，利用射线声学计算模型，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延，作为该子带宽内每个频点的本征声线的幅度和时延，并结合对应本征声线的角频率，合成对应的本征声线的传递函数；将所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数，并与声源信号进行卷积，以获得深海宽带信号波形。本发明通过本征声线的幅度和时延合成水声信道的传递函数，避免了每个频点均需要调用声场计算模型，降低了信号波形模拟的计算量，提高了模拟效率。

Description

基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及水声信号模拟技术领域，特别是一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统。

背景技术

水声学实验是一种高度专业化和复杂的科学实验，其挑战和困难涵盖了许多方面。其中，高昂的实验成本是限制水声学实验开展的显著难点。首先，在进行水声学实验时，需要一些专门的仪器设备，仅设备的采购和维护就对实验预算构成了很大的压力。其次，开展海上实验需要租赁专门的科研船只，并且需要一支训练有素的专业团队进行操作和数据收集。从设备、场地和人力等多方面来看，水声学实验的成本非常高昂，因此水声学领域通常预先利用模拟数据开展水声物理和信号处理研究。

水声信号模拟技术在声纳设计和开发中的应用场景非常广泛。首先，通过模拟不同的水声环境和目标，研发人员可以对声纳系统的性能进行全面评估和优化。这包括对不同频率、波形和传播距离的模拟，以及对噪声和干扰的模拟。其次，在声纳系统从设计到实施的整个过程中，水声信号模拟都可以用于系统的测试；例如，通过模拟各种可能遇到的水声环境，可以确保声纳系统在实际使用中能够正常工作。此外，水声信号模拟技术可以帮助开发更有效的声纳处理算法。通过模拟不同的目标和环境，可以开发出更好的目标检测和跟踪算法。最后，利用水声信号模拟技术，可以创建复杂的声纳系统仿真环境，以测试系统的整体性能和反应。

综上所述，水声信号模拟技术在声纳设计和开发中有着广泛的应用，能够降低开发风险，缩短开发周期，降低开发成本，并提供类似海上真实条件的训练环境。

然而，水声信号模拟所需的声场求解是一个计算密集型任务，特别是在模拟宽带信号时，需要对每个频点单独求解，这对计算资源的需求很大。宽带信号的定义根据不同的模拟需求有所变化；例如，当模拟低频主被动探测声纳和通信声纳波形时，其信号带宽通常不会超过1000Hz，在模拟中频主被动声纳和通信声纳的情况下，信号带宽一般会处在1000～2000Hz的范围内，当模拟高频声纳时，信号带宽则通常会在2000Hz以上。

发明内容

本发明的目的在于，克服传统深海宽带信号时域波形模拟方法中，需要对每个频点进行射线声学求解，导致信号模拟计算量大的问题，提出一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案所提供的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，包括以下步骤：

步骤1)将待模拟的深海宽带信号的带宽分为M个子带宽，利用射线声学计算模型，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

步骤2)分别将每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延，作为该子带宽内每个频点的本征声线的幅度和时延，分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，直至所述频点到达结束频率；

步骤3)将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数；

步骤4)将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)中的射线声学计算模型采用Bellhop射线声学模型。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)中，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延，具体包括：

计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度：

其中，A_m(r₀，r)为第m个子带宽内中心频点的本征声线的幅度，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，θ_0，m为第m个子带宽内中心频点的的本征声线的出射角，r_h为水平距离，θ_z，m为第m个子带宽内中心频点的本征声线的到达角，θ为本征声线的角度，z为目标深度，为第m个子带宽内中心频点的本征声线的海面的反射系数，p为/>对应的反射次数，/>为第m个子带宽内中心频点的本征声线的海底的反射系数，q为/>对应的反射次数，β为水体的衰减系数，C_m为第m个子带宽内中心频点的本征声线的行进弧长；

计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的相位：

其中，Φ_m(r₀，r)是第m个子带宽内中心频点的本征声线的相位，z₀为本征声线的反转深度，k(z)为波数，k(z)＝ω/c(z)，ω为角频率，c(z)为声速剖面，是第m个子带宽内中心频点的本征声线的水平波数，Φ_0，m为第m个子带宽内中心频点的本征声线在界面反射或水体中反转时的相位变化；

将第m个子带宽内中心频点的本征声线的相位，转换为第m个子带宽内中心频点的本征声线的时延τ_m。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2)中，分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，具体包括：

其中，H_n(ω)为第n个本征声线关于角频率ω的传递函数，A_n(r₀，r)为第n个本征声线的幅度，取值为所在子带宽内中心频点的本征声线的幅度，e为自然常数，i为虚数单位，τ_n为第n个本征声线的时延，取值为所在子带宽内中心频点的本征声线的时延。

作为上述方法的一种改进，所述步骤3)将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数，具体包括：

其中，H(ω，r₀，r)为从声源到接收点的水声信道传递函数，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，N为本征声线总个数，n表示本征声线序数，H_n(ω)为第n个本征声线关于角频率ω的传递函数。

作为上述方法的一种改进，步骤4)将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形，具体包括：

其中，p(r_h，z，t)为深海宽带信号波形，r_h为水平距离，z为目标深度，t为时间，S(ω)为声源的频谱，H(ω，r₀，r)为从声源到接收点的水声信道传递函数，ω为角频率，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，e为自然常数，i为虚数单位。

为实现本发明的另一目的，本发明提供的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟系统，所述系统包括：

射线声学计算模型，用于将信号带宽分为M个子带宽，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

本征声线传递函数合成模块，用于分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，直至所述频点到达结束频率；其中，所述频点的本征声线的幅度和时延取值为该频点所在子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

水声信道传递函数合成模块，用于将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数；和

卷积模块，用于将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形。

本发明提供了一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统。当声场中占主导本征声线的幅度和相位在一定带宽内近似不变时，通过本征声线的幅度和时延合成水声信道的传递函数，避免了每个频点均需要调用声场计算模型，极大地降低了信号波形模拟的计算量，提高了模拟效率，具有重要的实用价值。

附图说明

图1为本发明提供的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法流程图；

图2(a)为传统信号波形模拟方法的算法流程图；

图2(b)为本发明提供的方法的算法流程图；

图3为西太平洋某海域声速剖面及其共轭深度；

图4为中心频率2000Hz时的本征声线；

图5为频率2000Hz时的本征声线到达幅度和时延；

图6(a)为频率2000Hz和2200Hz时图5中第一个脉冲簇的详细结构；

图6(b)为频率2000Hz和2200Hz时图5中第二个脉冲簇的详细结构；

图6(c)为频率2000Hz和2200Hz时图5中第三个脉冲簇的详细结构；

图6(d)为频率2000Hz和2200Hz时图5中第四个脉冲簇的详细结构；

图7为根据本发明提供的方法获得的宽带频域传递函数；

图8为根据本发明提供的方法获得的脉冲响应；

图9为卷积声源信号后的宽带信号时域波形；

图10为卷积声源信号后的宽带信号时频分析结果；

图11为传统信号波形模拟方法和本发明提供的方法获得的脉冲响应第一对比图；

图12为传统信号波形模拟方法和本发明提供的方法获得的脉冲响应第二对比图。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。

本发明旨在解决传统深海宽带信号时域波形模拟方法中存在的问题，即需要对每个频点进行射线声学求解，导致信号模拟计算量大的缺陷。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，核心步骤包括以下几个部分：首先，采用射线声学计算模型，计算从声源到接收点的本征声线的幅度和时延。这是本方法的基础，为后续步骤提供了必要的参数。其次，根据计算出的本征声线的幅度和时延，进一步计算水声信道的传递函数。这一步骤是本发明的创新之处，通过合成水声信道的传递函数，避免了每个频点都需要调用声场计算模型，从而极大地降低了信号波形模拟的计算量。然后，根据声源信号形式生成声源信号。这一步骤是为了生成实际的声源信号，为最后的信号模拟提供输入。最后，将声源信号和传递函数进行卷积，得到深海宽带信号波形。这是本发明的最终目标，通过这一步骤，可以得到模拟的深海宽带信号波形。子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延

任意声速剖面的波导中用射线声学表示的传播声场p(ω，r_o，r)表示为

其中，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，A_m(r₀，r)是第m条子带宽内中心频点的本征声线的幅度；

其中，r_h为水平距离，z为目标深度，θ_0，m为出射角，θ_z，m为到达角，θ为本征声线的角度，和/>分别是第m条子带宽内中心频点的本征声线的海面和海底的反射系数，p和q分别是/>和/>相应的反射次数，β是水体的衰减系数，C_m是第m条子带宽内中心频点的本征声线行进的弧长；Φ_m(r₀r)是第m条子带宽内中心频点的本征声线的相位；

其中，k(z)＝ω/c(z)为波数，c(z)为声速剖面，k_r，m是第m条子带宽内中心频点的本征声线的水平波数，Φ_0，m为第m条子带宽内中心频点的本征声线在界面反射或水体中反转时的相位变化，z₀为声线反转的深度。

公式(1)得到关于角频率ω的声场传递函数H(ω，r₀，r)，通过傅里叶变换可以得到声场的时域信号波形：

其中，i为虚数单位，S(ω)是声源的频谱，H(ω，r₀，r)即空间传递函数，t为时间可以由声场模型求解得到，在深海条件下一般采用射线模型求解。目前最受欢迎的开源射线声学模型为Bellhop，由M.B.Porter开发并维护。

声场信号波形合成首先需要对每个频点的p(ω，r₀，r)进行求解，然后进行傅里叶变换合成时域信号。需要求解的频域点数M由信号带宽B和合成信号总时宽T决定

M＝BT (5)

假设合成带宽为100Hz，时宽20s长度的信号，需要对2000个频点的传递函数进行求解。

射线声学模型是求解深海中高频声场的主要模型，传统信号合成方法需要对每个频点运行声场模型(例如Bellhop)进行求解，导致计算复杂度很高。

射线声学求解声场均需要首先求解本征声线，然后将每条声线的贡献累加计算总声场p(ω，r₀，r)。图2(a)给出了传统信号模型计算方法流程图，传统信号模型合成方法对每个频点均需要调用声场模型计算传递函数，具体来说，对于每个频点，传统方法均需要重新求解本征声线。利用宽带声场计算结果合成宽带传递函数后，再与声源信号卷积得到信号波形。

而合成信号时各个频点之间的频率间隔为1/T，在一定带宽内各个频点本征声线的幅度和时延近似为缓变；通常来说，频率越高，海深越深，则可近似缓变的带宽越宽，通常通过声场计算来判定，即

当计算带宽内的本征声线满足公式(6)时，传统方法存在本征声线求解重复计算问题。针对该问题，本发明所提快速计算方法如图2(b)所示，首先，调用声场模型Bellhop计算本征声线的幅度和时延。然后利用本征声线的幅度和时延合成第n条声线的宽带传递函数：

注意到公式(7)中只有角频率_ω随频率变化，所以这一步的计算量为M×N次复数乘法，相对于调用声场模型计算很低。当所有本征声线的传递函数计算完毕后即可合成总声场的传递函数

然后利用公式(4)即可完成宽带信号波形合成。

本发明所提方法将复杂度很高的宽带声场求解转化为仅需要M×N次复数乘法的传递函数计算，极大的降低了声场传递函数计算的复杂度。

计算示例1：

仿真水文环境数据库查询得到的西太平洋某海域声速剖面，如图3所示。海深为6091m，共轭深度4660m。海底声速设置为1600m/s，海底纵波吸收系数为1.8dB/λ。

图4给出了声源深度200m，接收深度100m时，频率2000Hz时的本征声线。图4对应本征声线的幅度和时延如图5所示，可以看出，深海声线的到达结构主要由多个脉冲簇构成。其中，图5忽略了多次海底海面反射后的微弱声线。为了确定该条件下声场是否满足公式(6)，以下宽带声场本征声线的幅度和相位进行对比。图6给出了两种不同频率(2000Hz、2200Hz)时，对应图5四个脉冲簇的详细结构对比图，具体为：图6(a)给出了频率2000Hz和2200Hz时图5中第一个脉冲簇的详细结构；图6(b)给出了频率2000Hz和2200Hz时图5中第二个脉冲簇的详细结构；图6(c)给出了频率2000Hz和2200Hz时图5中第三个脉冲簇的详细结构；图6(d)给出了频率2000Hz和2200Hz时图5中第四个脉冲簇的详细结构；其中虚线表示2200Hz时的本征声线幅度和时延，实线表示2000Hz时本征声线的幅度和时延。

可以看出，主导声场的前3簇本征声线的幅度和相位随频率变化很小，满足本方法的使用条件。

接下来按照公式(7)和(8)，先计算每条声线的宽带传递函数，然后将每条声线的传递函数叠加得到总声场的频域传递函数，结果如图7所示。对图7所示的宽带频域传递函数进行傅里叶反变换即可得到图8所示的脉冲响应。

图9给出了卷积2000Hz到2200Hz的线性调频信号后的宽带信号时域波形，图10给出了相应的短时傅里叶变换时频分析结果。可以看出，通过本发明所提方法可以有效模拟经过深海多途信道的宽带信号。

计算示例2：计算精度和计算速度

以下通过示例验证本发明所提方法的计算精度和计算速度，本示例采用的海洋环境参数与示例1相同。假设声源深度6000m，接收深度4000m，收发距离10km，图11和图12展示了传统方法和本发明所提方法得到的脉冲响应对比情况，其中，图11为传统方法与本发明所提方法得到的脉冲响应第一对比图，展示了第2簇和第3簇对比情况，图12为传统方法与本发明所提方法得到的脉冲响应第二对比图，展示了第4簇和第5簇对比情况。通过对比可以看出，本发明所提方法与传统方法计算获取的深海信道脉冲响应几乎一致，证明了所提方法的计算精度准确性满足一般模拟需求。

表1展示了在不同计算频点数的情况下，本发明提出的方法与传统方法的计算时间对比。测试平台的CPU型号为Intel Core i7-1165G7，基准主频2.8GHz。表格包括了6个数据组，分别对应着带宽为10,20,30,40,100,和200的情况，以及频点数分别为500,1000,1500,2000,5000,和10000的场景。

对于每一组数据，都提供了本发明所提方法和传统方法的计算时间(以秒为单位)。在带宽为10，频点数为500的场景下，本发明方法的计算时间为0.31秒，而传统方法则需要61.06秒。这个对比在所有场景下都表现出了相同的趋势：无论带宽和频点数如何变化，本发明方法的计算时间都保持在0.31到0.33秒的范围内，而传统方法的计算时间则随着频点数的增加而显著增加，从61.06秒上升至1494.26秒。

通过表1清楚地展示了本发明方法在计算速度上的优势，它的计算时间主要消耗在本征声线的求解，只需要计算一次声场，复杂度几乎不受带宽和频点数的影响，而传统方法的需要每个频点计算一次声场，计算时间则随着频点数的增加而显著增加。这使得本发明方法在需要处理大量数据，特别是在高频点数场景下，更为高效和实用。

表1不同频点数所提方法和传统方法计算时间对比

实施例2

本发明的实施例2提供了一种基于射线声学原理的深海宽带信号波形快速模拟系统。这个系统充分利用射线声学原理，对深海中的宽带信号波形进行快速且准确的模拟，从而大大提高了模拟的效率和准确性；所述系统包括：

射线声学计算模型，用于将信号带宽分为M个子带宽，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

本征声线传递函数合成模块，用于分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，直至所述频点到达结束频率；其中，所述频点的本征声线的幅度和时延取值为该频点所在子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

水声信道传递函数合成模块，用于将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数；和

卷积模块，用于将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形。

该系统的核心部分是水声信号模拟硬件平台。这个硬件平台由CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器)组成。CPU作为系统的主要运算核心，处理大部分的运算任务，而GPU则负责处理图形和高度并行的计算任务，这两者的结合使得系统能够同时处理大量的数据，进一步提高模拟的效率。

CPU和GPU的协同工作，充分发挥了两者的优势，使得本系统不仅在处理速度上有了显著提高，同时也确保了模拟的准确性。这种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟系统，为深海声学研究提供了一种新的、有效的工具，同时也为相关的工程应用提供了支持。

从上述对本发明的具体描述可以看出，与现有技术相比，本发明提供的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法及系统有着显著的优点，以下是对本发明优点的详述：

传统的声场计算模型需要在每个频点上分别进行处理，这会导致大量的计算量，尤其是在处理高频率或宽带信号时，会消耗大量的计算资源和时间。本发明的方法改变了这种情况。它使用本征声线合成水声信道的传递函数，这一技术可以直接生成在各个频点的传递函数，而无需在每个频点上分别调用声场计算模型。这种方法极大地降低了信号波形模拟的计算量，从而提高了计算的效率，降低了计算资源的消耗，尤其在处理大规模数据或高频率信号时，这一优势更为明显。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，包括以下步骤：

步骤1)将待模拟的深海宽带信号的带宽分为M个子带宽，利用射线声学计算模型，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

步骤2)分别将每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延，作为该子带宽内每个频点的本征声线的幅度和时延，分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，直至所述频点到达结束频率；

步骤3)将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数；

步骤4)将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形。

2.根据权利要求1所述的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，其特征在于，所述步骤1)中的射线声学计算模型采用Bellhop射线声学模型。

3.根据权利要求1所述的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，其特征在于，所述步骤1)中，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延，具体包括：

计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度：

其中，A_m(r₀，r)为第m个子带宽内中心频点的本征声线的幅度，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，θ_0，m为第m个子带宽内中心频点的的本征声线的出射角，r_h为水平距离，θ_z，m为第m个子带宽内中心频点的本征声线的到达角，θ为本征声线的角度，z为目标深度，为第m个子带宽内中心频点的本征声线的海面的反射系数，p为/>对应的反射次数，/>为第m个子带宽内中心频点的本征声线的海底的反射系数，q为/>对应的反射次数，β为水体的衰减系数，C_m为第m个子带宽内中心频点的本征声线的行进弧长；

计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的相位：

其中，Φ_m(r0，r)是第m个子带宽内中心频点的本征声线的相位，z₀为本征声线的反转深度，k(z)为波数，k(z)＝ω/c(z)，ω为角频率，c(z)为声速剖面，是第m个子带宽内中心频点的本征声线的水平波数，Φ_0，m为第m个子带宽内中心频点的本征声线在界面反射或水体中反转时的相位变化；

将第m个子带宽内中心频点的本征声线的相位，转换为第m个子带宽内中心频点的本征声线的时延τ_m。

4.根据权利要求1所述的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，其特征在于，所述步骤2)中，分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，具体包括：

其中，H_n(ω)为第n个本征声线关于角频率ω的传递函数，A_n(r₀，r)为第n个本征声线的幅度，取值为所在子带宽内中心频点的本征声线的幅度，e为自然常数，i为虚数单位，τ_n为第n个本征声线的时延，取值为所在子带宽内中心频点的本征声线的时延。

5.根据权利要求1所述的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，其特征在于，所述步骤3)将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数，具体包括：

其中，H(w，r₀，r)为从声源到接收点的水声信道传递函数，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，N为本征声线总个数，n表示本征声线序数，H_n(ω)为第n个本征声线关于角频率ω的传递函数。

6.根据权利要求1所述的基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟方法，其特征在于，步骤4)将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形，具体包括：

其中，p(r_h，z，t)为深海宽带信号波形，r_h为水平距离，z为目标深度，t为时间，S(ω)为声源的频谱，H(ω，r₀，r)为从声源到接收点的水声信道传递函数，ω为角频率，r₀为声源的位置矢量，r为接收点的位置矢量，e为自然常数，i为虚数单位。

7.一种基于射线声学的深海宽带信号波形快速模拟系统，其特征在于，所述系统包括：

射线声学计算模型，用于将信号带宽分为M个子带宽，分别计算从声源到接收点的每个子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

本征声线传递函数合成模块，用于分别利用每个频点的本征声线的幅度和时延，结合该本征声线的角频率ω，合成对应的本征声线的传递函数，直至所述频点到达结束频率；其中，所述频点的本征声线的幅度和时延取值为该频点所在子带宽内中心频点的本征声线的幅度和时延；

水声信道传递函数合成模块，用于将获得的所有本征声线的传递函数合成为从声源到接收点的水声信道传递函数；和

卷积模块，用于将声源信号与水声信道传递函数进行卷积，以获得深海宽带信号波形。