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龙图腾网获悉厦门大学申请的专利一种基于声场计算的移动水声通信多径信道建模方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119814200B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510023595.0，技术领域涉及：H04B17/391；该发明授权一种基于声场计算的移动水声通信多径信道建模方法是由李姜辉;黄思越;刘春山设计研发完成，并于2025-01-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于声场计算的移动水声通信多径信道建模方法在说明书摘要公布了：一种基于声场计算的移动水声通信多径信道建模方法，涉及水下声波。通过输入包括海洋声速剖面、海底地形等环境参数，及信号发射端和接收端的起始坐标和运动轨迹方程等建模参数，进行信道建模。采用射线追踪模型、简正波模型或波数积分模型等内核进行海洋声场计算，根据建模参数计算每个轨迹采样时刻的声场。通过逆傅里叶变换将频域声场结果转换为信道冲激响应，利用局部样条插值恢复整体多径信道的时变冲激响应。将发射信号与多径信道的时变冲激响应进行卷积，添加公共传播时延，得接收信号仿真结果。通过精确的声场计算和多径信道建模，能在无需实际海洋环境测量的情况下，模拟特定海洋环境下的信号传输情况，降低海洋实测成本，提高研发效率。

本发明授权一种基于声场计算的移动水声通信多径信道建模方法在权利要求书中公布了：1.一种基于声场计算的移动水声通信多径信道建模方法，其特征在于包括以下步骤： S1：信道建模参数设置：输入建模参数，包括海洋声速剖面、海底地形环境参数，信号发射端和接受端的起始坐标、随时间变化的坐标的运动轨迹方程，信道建模对运动轨迹的采样间隔； 所述信道建模参数设置包括以下步骤： 1设置发射信号相关参数，包括信号波形文件名、中心频率、带宽、采样率； 2输入基础环境参数，包括水体声速剖面数据，海底地形文件名，信号发射端和接受端的起始坐标以及坐标的运动轨迹方程； 3设置模型计算所需的必要参数，包括所选内核名称，不同内核的相关参数以及仿真时长； 4根据发射信号相关参数以及发射端接收端的运动轨迹方程，计算轨迹采样点间隔，计算公式如下： 式中，为轨迹采样点时间间隔，为导致信道频率响应中最大幅度频移的水平移动距离，为发射端接收端的运动速度，为发射信号的采样周期，为信道的多径时延扩展，为发射端与接收端之间的初始距离； S2：海洋声场计算：根据海洋环境需求选择信道建模方法的内核：射线追踪模型、简正波模型以及波数积分模型，初始化所选内核的相关参数，并基于这些参数生成不同内核所需的环境文件作为输入，根据建模参数计算每个轨迹采样时刻的声场； 所述海洋声场计算包括以下步骤： 1根据海洋环境需求选择合适的信道建模方法内核，初始化内核相关参数，模型将基于参数生成不同内核的环境文件作为输入； 2计算每个轨迹采样点处的声场，为后续计算信道冲激响应做准备： 不同模型内核的计算方法都是基于对波动方程不同角度的求解； 若选择射线追踪模型作为内核，则亥姆霍兹方程表示为： 式中，表示声压，是声压在空间中的二阶偏导数，是声速，是处声源的角频率，是狄拉克函数，表示声源在位置处的一个点源； 为得到射线方程，寻求亥姆霍兹方程的级数形式的解： 其中，代表相位延迟，代表幅值，是级数展开项的索引；该式通常是发散的，但在某些情况下是精确解的一种渐进近似，对其求导得： 其中，、分别表示相位延迟和幅值的梯度，、分别表示相位延迟和幅值的二阶偏导数，将上式代入亥姆霍兹方程中，使的同次项相等，简得到程函方程： 以及迁移方程： 为第零阶系数，代表了声场的零阶近似；通过求解程函方程，获得沿声线的传播时间，即波相位的延迟；求解迁移方程，获得声线的幅度信息；因此，选用射线追踪模型作为内核，直接得到每个轨迹采样点处水声信道的多径时延分布及其幅度； 若选择简正波模型作为内核，则声场被表示为水平和垂直方向的分离变量形式： 式中，是水平距离，是深度，是模态数，是模态函数，是模态幅度，表示径向波传播项，是波数；将分离变量形式代入亥姆霍兹方程，并对深度方向进行处理，进而得到简正波的垂直方向方程： 其中，表示波在垂直方向上的局部传播速度，是垂直方向上的二阶空间导数，描述波形在该方向上的弯曲程度，表示角频率，这一项代表有效波数的差异，反映介质中的传播特性； 在海面和海底，需要满足相应的边界条件；通常的边界条件包括： 海面：自由边界条件，； 海底：根据底质特性，是自由边界、刚性边界或其他类型的边界条件； 通过有限差分法或Sturm法结合边界条件求解上述微分方程，求解出特征值和特征函数，把所有模态叠加即得到各个位置的声场；因此，选择简正波模型作为内核得到每个轨迹采样点处的声压场； 若选择波数积分模型作为内核，声场被分解为水平和垂直方向的积分形式： 其中，是空间域中的声压，是水平距离，是深度，是水平波数，是波数域中的声压；将该式代入亥姆霍兹方程，并对深度方向进行化简，得到垂直方向的常微分方程： 上述方程为特征值问题，通过解特征值和特征函数得到垂直方向的模态函数和相应的波数，具体形式为： 其中，是水平波数的特征值；结合相应的边界条件通过数值积分将波数域中的结果转换回物理空间： 式中，是模态幅度，由初始条件确定；因此，选用波数积分模型作为内核得到每个轨迹采样点处的声压场值； S3：计算信道冲激响应：通过逆傅里叶变换，将频域声场结果转换为轨迹采样时刻的信道冲激响应，并对齐各点处信道冲激响应的到达时延，确保信道冲激响应的连续性；对齐后，利用局部样条插值按照发射信号采样率恢复整体多径信道的时变冲激响应； 所述计算信道冲激响应包括以下步骤： 1为找到两个连续轨迹采样点之间的延迟偏移，对齐相邻的轨迹采样点上的信道冲激响应，计算公式如下： 式中，和分别是轨迹采样点和轨迹采样点上在频率下的频率响应，并通过二分搜索算法有效估计出各采样点上的频率响应进而得到延迟偏移； 2将延迟偏移结果整合到各轨迹采样点的信道冲激响应中，利用局部样条插值按照发射信号采样率恢复整体多径信道的时变冲激响应； S4：数字信号处理：将发射信号与步骤S3中所得的多径信道的时变冲激响应进行卷积，模拟信号在信道中的传播过程，并对结果补零以添加公共传播时延，得到最终的接收信号仿真结果。

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