[发明专利]一种基于几何模型的水管水声信道建模方法

权利要求书

1.一种基于几何模型的水管水声信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于声波射线传播理论，根据水管中声波的传播路径建立水管水声信道中的几何水声信道模型；

S2：根据实际水环境确定所述几何水声信道模型中的扩展损失、吸收损失和边界损失，再根据所述扩展损失、所述吸收损失和所述边界损失得到声波在水管环境中传播的传播损失；

S3：基于实际水管环境中的多种不同参数情况进行采样实验计算所述多种不同参数情况下对应的声速，再基于声速经验公式对所述多种不同参数情况下对应的声速进行拟合，获得声波在实际水管环境中的传播速度曲线；

S4：分析水管水声信道中的多种噪声，通过模拟所述多种噪声得到水管环境中的噪声经验公式，并通过实际试验对所述噪声经验公式进行修正；

S5：利用所述传播损失、所述传播速度曲线和所述噪声经验公式对所述几何水声信道模型中的相应参数进行优化，得到水管水声信道模型；

所述S5具体包括：

S51：根据所述传播损失、所述传播速度曲线和所述噪声经验公式调节所述几何水声信道模型中的相应参数进行仿真，得到所述水管水声信道模型；

S52：在具体的水管环境中根据水管的物理结构，调整所述传播损失、所述传播速度曲线和所述噪声经验公式，再对所述水管水声信道模型进行修正，得到适应所述具体的水管环境的水管水声信道模型。

2.根据权利要求1所述的基于几何模型的水管水声信道建模方法，其特征在于，所述S1具体包括：

S11：基于声波射线传播理论，建立水管水声信道中声波的传播路径示意图；

S12：根据所述传播路径示意图中所显示的声波在水管环境中的多种传播路径以及路径种数，计算得到每种传播路径对应的表达式；

S13：根据所述每种传播路径对应的表达式得到所述每种路径对应的传播时延；

S14：根据所述传播时延，得到水管水声信道中的所述几何水声信道模型其中α_i是声波在传输过程中的衰减因子，其数值根据具体水文环境确定，τ_i表示第i条到达接收端的声线对应的传播时延，N是声波在传输过程中的所述路径种数。

3.根据权利要求1所述的基于几何模型的水管水声信道建模方法，其特征在于，所述S2具体包括：

S21：根据实际水环境确定所述扩展损失为TL＝nlogr，其中r表示传输距离，当所述声波为平面波时n取0、当所述声波为柱面波时n取1、当所述声波为球面波时n取2；

S22：根据实际水环境进行测量绘制不同水下环境的吸收系数随声波频率变化的曲线，所述吸收损失为rlogα(f)，其中r表示传输距离，α(f)表示所述吸收系数，f表示所述声波频率；

S23：根据实际水环境进行测量获取所述边界损失；

S24：所述传播损失为所述扩展损失、所述吸收损失和所述边界损失之和的十倍。

4.根据权利要求1所述的基于几何模型的水管水声信道建模方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S31：考虑声波在所述实际水管环境中传播时受到的影响，得到所述声速经验公式c_f∞＝1400+5.02t-0.055t²+0.0003t³+0.17p，其中t表示温度，单位是℃，p表示压强，单位是bar；

S32：在图中画出所述多种不同参数情况下对应的声速的散点，根据所述散点对所述声速经验公式进行修正得到所述传播速度曲线。