第32卷第6期声学技术 Vol.32, No.6
基于统计模型的混响信号仿真
吴培荣1，徐景峰2
(1. 海军驻上海地区水声导航系统军代室，上海201108；2. 海军潜艇学院，山东青岛，266042)
摘要：基于混响信号统计模型，建立一种原理简单、易于实现的混响信号仿真算法，针对高频窄带信号引用椭圆滤波器进行滤波，仿真结果表明，该方法产生的混响信号无论在形式上还是统计特性上和理论分析结果都有很好的一致性，并分析了混响信号的相关、时频分布特性。
关键词：混响；统计特性；仿真方法
中图分类号：O827 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2013)-06-0515-04
DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2013.06.015
Reverberation simulation based on the statistical model
WU Pei-rong1, XU Jing-feng2
(1. Office of Navy deputation, shanghai 201108, China; 2. Navy submarine accdemy, Qingdao 266042, Shandong, China)
Abstract: A practical method of simulating reverberation signal based on the statistical model was presented in which ellipse filter was employed to filter the high frequency narrowband signal. Simulation results showed that the simulated reverberation signal was well accordant with theoretical conclusion on both signal pattern and statistical characteristics.
Moreover, other characteristics of reverberation signal such as correlation and energy distribution in time-frequency field were also summarized in this paper.
Key words: reverberation; statistical characteristics; simulation method
0 引言
对于主动声纳来说，除受到海洋环境噪声、舰船噪声等背景噪声的干扰外，还受到混响信号的干扰，它限制了声纳设备的作用距离。混响是伴随着声纳发射信号而产生的一种特殊形式的干扰，由存在于海洋中的大量的无规散射体和无规散射边界对入射声信号产生的散射波信号在接收点迭加而形成的。对于混响的研究主要有两个方面：早先的工作主要从能量观点出发，寻求混响的平均强度所遵循的规律，这方面的工作已取得很多成果，理论研究和海上试验数据已相当完备；随着水声信道匹配理论的发展，对各种调制发射信号的混响场的概率分布、相关特性、能量谱等统计特性的研究也受到了人们的重视，大量的理论研究也表明混响信号是一种随机信号，具有以下特点：
(1) 混响信号的强度与发射信号的能量成正比关系；
(2) 混响与发射信号的波形相关，并且混响本
收稿日期:2013-03-17;修回日期:2013-07-01
作者简介: 吴培荣(1964－), 男, 浙江湖州人, 高级工程师, 研究方向为水声信号处理。
通讯作者: 吴培荣, E-mail: pprrwu@https://www.doczj.com/doc/6117869123.html, 身有很强的自相关性；
(3) 混响的瞬时值呈高斯分布，混响的包络呈瑞利分布；
(4) 混响的频谱和发射信号的频谱具有一致性，但是其频谱又有一定的扩展。
限于试验条件等因素，对主动声纳回波信号的初步研究常采用计算机仿真的方法，但由于海洋混响产生的复杂性及不确定性，使得海洋混响的仿真变得相当困难。长期以来，国内外学者对海洋混响的模拟做了大量的研究，提出了很多的理论模型，主要有单元散射模型和点散射模型[1]。但是要建立精确的数学模型存在两个难点，一是缺乏求解复杂边界条件的分析工具；二是难以辨别和测量影响混响过程的所有参数，因此要建立精确的混响仿真算法是难以实现的，本文从实用的观点出发，基于混响信号的Middleton统计模型，提出一种混响信号仿真的简便方法。
1 混响统计模型
由Middleton提出的混响统计模型[2]，设声源发出的窄带脉冲信号为()
s t，其复数形式为j()
|()|t
s tφ，那么t时刻的混响声压可以表示为