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为了给多样化的声纳阵列信号处理技术研发提供丰富逼真的仿真数据,本文围绕被动声纳的工作原理,研究了开放式的水声阵列信号仿真方法,并考虑与声纳信号处理机实时对接需要,设计研制了在TigerSHARC201芯片实现的实时开放式被动声纳阵列信号仿真系统。论文的主要工作如下: 1.研究分析了声纳阵列信号仿真的需求和实现方法,将整个仿真系统划分为目标轨迹模拟、噪声源模拟、声传播信道仿真、海洋环境噪声仿真和阵列接收信号仿真等组成模块,提出了开放式声纳阵列信号实时仿真架构,以适应声纳工作时宽带范围的实际水声环境特性、目标运动特性、目标辐射噪声特性及多目标等变化。 2.论文提出了基于B样条曲线拟合的目标运动轨迹实时仿真方法,以解决非平稳目标运动轨迹的实时仿真难题;提出信号首尾特性相似性对接方法,以克服由有限长水声目标辐射噪声实测数据仿真连续信号时固有的信号跳变问题;提出采用射线模型和基于能量准则的本征声线选择方法,以实现时变海洋信道的实时仿真难题;采用阵形建模及阵元随机抖动方法实现了阵形随机扰动的声纳信号仿真。 3.论文基于TigerSHARC201信号处理器构成的高速并行信号处理系统,构建了实时开放式被动声纳阵列信号仿真系统的总体结构及其拓扑关系,设计、编制了各软件模块,实现了声纳大阵元数量、水声环境时空变化、目标平台运动等复杂条件下的实时信号仿真,使仿真的信号具备足以检验声纳性能的空间、时域、频域特性,具有较为逼真的目标运动特征、宽带目标辐射噪声信号特征、水声传播特性与环境噪声特征、声纳阵列接收的空间特征、精确的信噪比控制以及匹配于实际声纳水下信号获取系统的实时数据流输出能力。 根据实验室具备的处理机系统规模,论文实现了48阵元的开放式被动声纳阵列信号仿真,并与被动声纳阵列信号处理机对接,进行了全面测试,验证了本文提出的多个方法以及设计系统的有效性和稳定性。论文研究成果及开发的仿真系统也已分别在海军试验基地和声纳研制单位得到良好应用。