移动水声阵列信号仿真方法、装置、电子设备及存储介质

本技术涉及水声通信，尤其涉及移动水声阵列信号仿真方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、通过阵列接收信号时，各阵元接收到的信号存在时延差。该时延差可分为由初始波程差引起的固定时延差和运动引起的时变时延差。传统阵列模型认为声源与接收端之间无相对运动或者存在低速相对运动，即时变时延差在信号接收过程中可视为固定值。但是当声源进行高速运动的过程中，时变时延差不再能视为固定值，因此需要对其进行单独计算。时变时延差来源于声源的运动，其本质便是多普勒效应对信号时域波形的压缩与扩展。

2、在现有的水声信号仿真方法中，将多普勒因子视为一个固定的数值，再通过重采样法将固定值的多普勒因子添加到水声信号中得到受多普勒影响的仿真信号。然而，在水声信号的声源发生移动的情况下，多普勒因子会随时间发生变化，若仍将多普勒因子视为固定值则生成的水声仿真信号与真实情况之间的差异随时间增长。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了移动水声阵列信号仿真方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术中存在的一个或多个问题。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种移动水声阵列信号仿真方法，该方法包括：基于水声信号的信号参数，设置阵元模型的阵列参数；基于所述阵元模型的阵列参数和所述水声信号的信号参数，确定所述水声信号在目标阵元处对应的时变多普勒因子；基于所述时变多普勒因子，对所述水声信号进行逐点重采样，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号；基于所述阵列参数和所述信号参数，计算出所述目标阵元对应的初始时延差；将所述初始时延差添加至所述目标阵元对应的时变多普勒信号，得到水声仿真信号。

3、根据本技术一实施方式，所述阵列参数至少包括阵元的数量、所述阵元之间的距离和阵列空间结构；所述信号参数至少包括声源位置参数和速度参数；所述时变多普勒因子表征所述水声信号在所述阵元处对应的多普勒因子随时间发生变化。

4、根据本技术一实施方式，所述基于所述阵元模型的阵列参数和所述水声信号的信号参数，确定所述水声信号在目标阵元处对应的时变多普勒因子，包括：基于所述阵元模型的阵列参数，确定所述阵元模型的参考阵元；以所述参考阵元为原点，建立第一坐标系；以所述目标阵元为原点，建立第二坐标系；基于所述第一坐标系和第二坐标系，确定所述第一坐标系与所述第二坐标系的坐标映射关系；基于所述声源位置参数，在第一坐标系中确定所述水声信号的初始声源位置；响应于所述水声信号在目标时刻从所述初始声源位置位移至目标声源位置，基于所述坐标映射关系、所述速度参数和所述目标声源位置，确定所述水声信号在所述目标阵元处对应的时变多普勒因子。

5、根据本技术一实施方式，所述基于所述坐标映射关系、所述速度参数和所述目标声源位置，确定所述水声信号在所述目标阵元处对应的时变多普勒因子，包括：基于所述坐标映射关系，将初始声源位置由第一坐标系映射至第二坐标系，得到映射后的初始声源位置；基于所述映射后的初始声源位置、速度参数和目标时刻，在第二坐标系中确定目标声源位置；基于所述初始声源位置和所述目标声源位置，确定所述水声信号与所述第一坐标系的夹角；基于所确定的目标声源位置、速度参数和所述水声信号与所述第一坐标系的夹角，计算出所述水声信号在所述目标阵元处对应的时变多普勒因子。

6、根据本技术一实施方式，所述基于所述时变多普勒因子，对所述水声信号进行逐点重采样，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号，包括：基于所述时变多普勒因子，确定所述目标阵元对应的插值倍数；基于所述时变多普勒因子和所述插值倍数，确定所述逐点重采样的采样取点间隔；基于所述插值倍数，对所述水声信号进行上采样，得到所述目标阵元对应的上采样信号；基于所述采样取点间隔，对所述上采样信号进行下采样，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号。

7、根据本技术一实施方式，所述基于所述时变多普勒因子，对所述水声信号进行逐点重采样，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号，包括：对所述水声信号进行分段处理，得到多个分段信号；基于插值倍数，对每个所述分段信号进行上采样，得到对应的分段上采样信号；基于采样取点间隔，确定各个所述分段上采样信号中是否存在残余信号；响应于所述分段上采样信号中存在残余信号，将所述残余信号与下一分段上采样信号进行拼接，得到拼接后的分段上采样信号，基于所述采样取点间隔，对所述拼接后的分段上采样信号进行下采样，得到分段下采样信号；响应于所述分段上采样信号中不存在残余信号，基于所述采样取点间隔，对所述分段上采样信号进行下采样，得到分段下采样信号；将多个所述分段下采样信号进行信号重建，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号。

8、根据本技术一实施方式，所述基于所述阵列参数和所述信号参数，计算出所述目标阵元对应的初始时延差，包括：基于所述信号参数包括的初始声源位置，确定所述初始声源位置对应的极坐标；所述极坐标至少包括极径和极角；响应于所述初始声源位置不满足远场条件，基于所述阵列参数、所述极径和所述极角，计算出所述目标阵元对应的第一初始时延差；响应于所述初始声源位置满足远场条件，基于所述阵列参数和所述极角，计算出所述目标阵元对应的第二初始时延差。

9、根据本技术的第二方面，提供了一种移动水声阵列信号仿真装置，包括：设置模块，用于基于水声信号的信号参数，设置阵元模型的阵列参数；确定模块，用于基于所述阵元模型的阵列参数和所述水声信号的信号参数，确定所述水声信号在目标阵元处对应的时变多普勒因子；采样模块，用于基于所述时变多普勒因子，对所述水声信号进行逐点重采样，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号；计算模块，用于基于所述阵列参数和所述信号参数，计算出所述目标阵元对应的初始时延差；添加模块，用于将所述初始时延差添加至所述目标阵元对应的时变多普勒信号，得到水声仿真信号。

10、根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

11、至少一个处理器；以及

12、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

13、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本技术所述的方法。

14、根据本技术的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本技术所述的方法。

15、本技术实施例的方法，基于水声信号的信号参数，设置阵元模型的阵列参数；基于所述阵元模型的阵列参数和所述水声信号的信号参数，确定所述水声信号在目标阵元处对应的时变多普勒因子；基于所述时变多普勒因子，对所述水声信号进行逐点重采样，得到所述目标阵元对应的时变多普勒信号；基于所述阵列参数和所述信号参数，计算出所述目标阵元对应的初始时延差；将所述初始时延差添加至所述目标阵元对应的时变多普勒信号，得到水声仿真信号。如此，能够计算出声源进行高航速移动的情况下发射的水声信号在目标阵元处对应的时变多普勒因子，并且能够生成连续的仿真信号，提高了生成的水声仿真信号的正确性。

16、需要理解的是，本技术的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本技术的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。