CN120223226A 一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法和装置

(19)国家知识产权局(72)发明人杨堃秦莉刘哲军张治强王文亮温程远卓伟韦家琳有限公司16124一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量方本申请提供一种基于海洋动力暗室的海洋所述关系建立测试信号在所述目标海域的传播置的参数，生成各个时间点下的模拟海浪，模拟所述目标海域的通信环境21.一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法，其特征在于，所述方法包括：监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，所述第一几何特征为二维矩阵，所述二维矩阵包括行方向时间维度的几何特征和列方向位置纬度的几何特征；在海洋动力暗室中按照所述第一几何特征的行方向调整造浪装置的参数，生成各个时间点下的模拟海浪，模拟所述目标海域的通信环境；在模拟得到的所述目标海域的通信环境中，利用发送设备和接收设备进行通信测试；通信设备与所述造浪装置均设于海洋动力暗室中，所述测试包括：所述发送设备按照目标通信波段向所述接收设备发送测试信号；所述接收设备接收部分测试信号；海洋动力暗室内表面的吸波材料吸收除所述接收设备接收以外的其他信号；对所述接收设备接收到的测试信号进行处理，分析处理后的信号与所述目标海域模拟波浪之间的关系，所述关系包括接收到的测试信号与各个时间点、不同位置下各个模拟波浪的关系；基于所述关系建立测试信号在所述目标海域的传播模型。以所述目标海域中心点为原点，以所述目标海域海平面为参照物，建立所述目标海域的空间坐标系；检测空间坐标系下各个位置坐标的波浪变化信息；基于所述波浪变化信息提取位置坐标下波浪几何特征随时间的变化趋势，得到多个一维第一波浪数据，每个所述第一波浪数据代表一个位置坐标下各个时间点的波浪几何特将所述第一波浪数据作为行，按照所述第一波浪数据对应位置坐标的顺序排列各个所述第一波浪数据，得到所述第一几何特征。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述波浪变化信息提取位置坐标下波基于所述影像信息检测波浪的边界；根据波浪的边界确定波浪在所述空间坐标系下的峰值坐标和中点位置处波浪宽度；根据当前时刻和上一时刻波浪的峰值坐标变化趋势确定下一波浪的影像信息的检测根据所述检测周期返回所述获取波浪的影像信息的步骤。基于目标波浪提取基础波形几何参数；通过调整电机驱动波板的频率、幅度及相位，生成与所述基础波形几何参数匹配的基础波形；对于规则波，通过改变所述电机驱动频率和波板位移幅度，在基础波形上叠加单频调对于不规则波，基于目标波浪谱类型生成多频叠加信号，通过调整波板运动时序与基础波形进行相位调制，生成复合波浪。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行通信测试的步骤包括：3遍历选取第一几何特征的矩阵中每一个波浪的几何特征，作为待测试波浪；根据所述待测试波浪的几何特征，驱动造浪装置生成对应时间序列的模拟波浪；将发送设备和接收设备置于所述造浪装置的上方；利用发送设备朝所述接收设备所在的方向发送第一功率的测试信号；所述接收设备接收第二功率的所述测试信号，所述第二功率小于所述第一功率。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用发送设备朝所述接收设备所在的方向所述第二功率的测试信号发送至所述接收设备；除所述接收设备接收到的信号以外的第一部分所述测试信号直接发送至所述海洋动力暗室的内壁；除所述接收设备接收到的信号以外的第二部分所述测试信号传播至所述模拟波浪，反射至所述海洋动力暗室的内壁。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述接收设备接收到的测试信号进构建海洋动力暗室通信测试三维模型，三维模型中至少包括暗室结构、造浪装置、模拟基于三维模型模拟发送设备发送的测试信号在海洋动力暗室内的传播路径；基于所述传播路径确定所述接收设备接收到的干扰信号来源；基于所述干扰信号来源从所述接收设备接收到的测试信号中去除干扰信号，仅保留从所述发送设备处接收到的测试信号。根据第一几何特征的各个位置和时间点，按照波浪几何特征驱动造浪装置模拟生成相应波浪；在模拟波浪环境下，以发送设备和接收设备初始位置为基准，按照设定的角度间隔，逐步改变发送设备与接收设备之间的方向角，每次改变方向角后，发送设备按照目标通信波段向接收设备发送测试信号，接收设备接收测试信号；对每次接收的测试信号进行处理，去除干扰信号；从经过干扰去除处理后的纯净信号中，找出接收信号强度最大时对应的方向角，将该方向角作为该位置和时间点下波浪与接收方向角的对应关系并记录。获取目标海域实际通信的时间点和位置点信息，输入到已建立的传播模型中；传播模型根据输入的实际通信时间点和位置点信息，输出当前条件下的实际传播特根据得到的实际传播特性，结合通信设备的特性参数，确定通信过程中的信号接收方向角和信号衰减情况；根据确定的信号接收方向角，利用目标海域的地理坐标系统以及预先设定的方向角与地理位置的转换关系，确定接收设备的实际位置；根据确定的信号衰减情况，通过计算或查找预先建立的信号衰减与发射功率对应关系数据库，确定满足通信所需的发射功率。410.一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量装置，其特征在于，所述装置包括监测模其中，所述监测模块，用于监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，所述第一几何特征为二维矩阵，所述二维矩阵包括行方向时间维度的几何特征和列方向位置纬度的几何特所述模拟模块，用于在海洋动力暗室中按照所述第一几何特征的行方向调整造浪装置的参数，生成各个时间点下的模拟海浪，模拟所述目标海域的通信环境；所述测试模块，用于在模拟得到的所述目标海域的通信环境中，利用发送设备和接收设备进行通信测试；通信设备与所述造浪装置均设于海洋动力暗室中，所述测试包括：所述发送设备按照目标通信波段向所述接收设备发送测试信号；所述接收设备接收部分测试信号；海洋动力暗室内表面的吸波材料吸收除所述接收设备接收以外的其他信号；所述处理模块，用于对所述接收设备接收到的测试信号进行处理，分析处理后的信号与所述目标海域模拟波浪之间的关系，所述关系包括接收到的测试信号与各个时间点、不同位置下各个模拟波浪的关系；所述建立模块，用于基于所述关系建立测试信号在所述目标海域的传播模型。5技术领域[0001]本申请涉及海洋通信技术领域，尤其涉及一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法和装置。背景技术[0002]在海洋通信领域，海洋信道测量对于保障海上通信的稳定性与可靠性至关重要。随着海洋资源开发活动的日益频繁，如海上石油开采、海洋科考、远洋运输等，对海上通信的需求不断增长，对通信质量和效率的要求也愈发严格。海洋环境复杂多变，其独特的地理和气象条件使得海上通信面临诸多挑战。不同海域的海洋动力环境差异巨大，包括风速、浪高、海流等因素的变化，这些因素会显著影响信号的传播。然而，目前对海洋信道的了解仍不够深入，缺乏全面且精准的测量数据，这限制了海上通信技术的进一步发展。[0003]当前在海洋信道测量方面，主要采用的技术手段包括利用海上观测平台进行实地测量，以及借助卫星遥感技术获取海洋环境信息。实地测量虽然能够获取较为真实的数据，但受到海洋环境的极大限制，测量成本高昂且危险性高，同时测量范围有限，难以全面覆盖不同海域和复杂海况。卫星遥感技术虽可获取大面积的海洋信息，但在测量精度上存在不足，对于一些微小尺度的海洋动力环境变化难以准确捕捉，且无法直接测量通信信号在海洋环境中的传播特性。[0004]实地测量和卫星遥感技术都难以实现海洋环境数据与无线信道数据的精准同步测量。这使得研究人员难以深入分析海洋环境因素与通信信道特性之间的内在关系，无法建立精确的海洋传播模型。现有测量技术无法有效模拟复杂多变的海洋环境，在实验室内难以重现真实的海洋动力条件，导致对通信在不同海洋环境下的性能研究受到限制，无法为海上通信系统的优化提供有力支持。发明内容[0005]有鉴于此，本申请提供一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法和体系，可全面、精准和可控的获取海上通信测量数据。本申请第一方面提供一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法，所述方法包监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，所述第一几何特征为二维矩阵，所述二维矩阵包括行方向时间维度的几何特征和列方向位置纬度的几何特征；在海洋动力暗室中按照所述第一几何特征的行方向调整造浪装置的参数，生成各个时间点下的模拟海浪，模拟所述目标海域的通信环境；在模拟得到的所述目标海域的通信环境中，利用发送设备和接收设备进行通信测试；通信设备与所述造浪装置均设于海洋动力暗室中，所述测试包括：所述发送设备按照目标通信波段向所述接收设备发送测试信号；所述接收设备接收部分测试信号；海洋动力暗6室内表面的吸波材料吸收除所述接收设备接收以外的其他信号；对所述接收设备接收到的测试信号进行处理，分析处理后的信号与所述目标海域模拟波浪之间的关系，所述关系包括接收到的测试信号与各个时间点、不同位置下各个模拟波浪的关系；基于所述关系建立测试信号在所述目标海域的传播模型。[0007]本申请第二方面提供一种基于海洋动力暗室的海洋信道测量装置，所述装置包括其中，所述监测模块，用于监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，所述第一几何特征为二维矩阵，所述二维矩阵包括行方向时间维度的几何特征和列方向位置纬度的几所述模拟模块，用于在海洋动力暗室中按照所述第一几何特征的行方向调整造浪装置的参数，生成各个时间点下的模拟海浪，模拟所述目标海域的通信环境；所述测试模块，用于在模拟得到的所述目标海域的通信环境中，利用发送设备和接收设备进行通信测试；通信设备与所述造浪装置均设于海洋动力暗室中，所述测试包括：所述发送设备按照目标通信波段向所述接收设备发送测试信号；所述接收设备接收部分测试信号；海洋动力暗室内表面的吸波材料吸收除所述接收设备接收以外的其他信号；所述处理模块，用于对所述接收设备接收到的测试信号进行处理，分析处理后的信号与所述目标海域模拟波浪之间的关系，所述关系包括接收到的测试信号与各个时间所述建立模块，用于基于所述关系建立测试信号在所述目标海域的传播模型。[0008]本申请提供的基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法和装置，通过监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，并依据该特征调整造浪装置参数，在海洋动力暗室中生成模拟海浪，高度还原目标海域的通信环境，使得在实验室内能精准模拟不同时间点和位置的波浪情况，克服了传统测量技术难以模拟复杂海洋环境的问题，有助于研究人员深入探究海洋环境对通信信号的影响机制。在模拟的目标海域通信环境中进行通信测试时，利用发送和接收设备收集测试信号，同时利用暗室的内壁面吸收其他方向散射、折射的信号，并在暗室内壁的多个位置设置信号监测点，收集不同角度和强度的反射信号，既确保接收设备能够接收到纯净的信号，而非其他杂波信号，又收集了不同角度和强度的反射信号，以便后续深分析反射特性。通过这种方式，能够获取到不同波浪条件下的通信信号数据，得到全面且丰富的数据，为后续研究提供支撑。此外，对接收设备接收到的测试信号进行处理，分析其与模拟波浪的关系，能够有效识别和去除干扰信号。通过构建三维模型模拟信号传播路径，确定干扰源并加以排除，使得处理后的信号更能准确反映真实的通信情况，提高了通信信号分析的准确性和可靠性。本申请提供的方法，为海洋通信研究提供了全面、精准和可控的测量数据，有助于深入分析海洋环境因素与通信信道特性之间的内在关系。附图说明[0009]图1为本申请提供的基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法实施例一的流程图；图2为本申请提供的基于海洋动力暗室的海洋信道测量装置实施例二的结构示意7具体实施方式[0010]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。[0011]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。[0012]应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第[0013]下面给出具体的实施例，用以详细介绍本申请的技术方案。[0015]图1为本申请提供的基于海洋动力暗室的海洋信道测量方法实施例一的流程图。请参照图1,本实施例提供的方法，可以包括：S101、监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，所述第一几何特征为二维矩阵，所述二维矩阵包括行方向时间维度的几何特征和列方向位置纬度的几何特征。[0016]需要说明的是，监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，是为了获取海洋动力环境的一些关键信息，为后续精准模拟海洋环境、开展通信测试、分析信号与波浪关系以及建立传播模型提供基础数据支持。其中，第一几何特征中的时间维度信息能反映波浪随时间的变化趋势，位置维度信息可确定不同位置的波浪特征差异。(1)以所述目标海域中心点为原点，以所述目标海域海平面为参照物，建立所述目标海域的空间坐标系。[0018]需要说明的是，通过确定原点和参照平面，为测量波浪在不同位置和时间的变化提供了统一的空间基准，使得对波浪特征的描述具有明确的空间指向性。比如在测量某一特定海域波浪时，将该海域的中心位置设定为坐标原点(0,0,0),规定正东方向为x轴正方向，正北方向为y轴正方向，垂直海平面向上为z轴正方向。这样，后续测量得到的波浪信息都能在这个坐标系中找到对应的位置，方便进行系统分析和处理。[0019](2)检测空间坐标系下各个位置坐标的波浪变化信息。[0020]在已建立的空间坐标系下，运用多种先进的监测设备和技术，检测各个位置坐标的波浪变化信息。这些设备和技术包括但不限于安装在不同位置的波高传感器、激光测距仪、视频监测系统等。波高传感器能够实时获取波浪的高度变化数据，激光测距仪可以精确测量波浪表面特定点与测量设备之间的距离，从而辅助确定波浪的形状和位置变化；视频监测系统则可以记录波浪的动态影像，从多个角度全面捕捉波浪的运动特征。通过这些设变化情况。8一个是不同位置处同一时间点的波浪变化。为了获取到波浪随时间、位置的变化规律，利用检测手段对目标海域的波浪情况进行检测，获得波浪的波形随时间、位置的变化趋势。[0022](3)基于所述波浪变化信息提取位置坐标下波浪几何特征随时间的变化趋势，得到多个一维第一波浪数据，每个所述第一波浪数据代表一个位置坐标下各个时间点的波浪几何特征。[0023]需要说明的是，对收集到的波浪变化信息进行深入分析和处理，从中提取每个位置坐标下波浪几何特征随时间的变化趋势。波浪几何特征主要包括波峰高度、波谷深度、波长等。以波峰高度为例，通过对波高传感器数据的分析，确定不同时间点波峰的高度值，进而观察波峰高度随时间的变化趋势，是逐渐升高、降低还是保持稳定等。对于波长，结合激光测距仪和视频监测系统的数据，测量相邻波峰或波谷之间的距离，并分析其随时间的变化规律。通过对这些几何特征随时间变化趋势的分析，得到多个一维第一波浪数据。每个一维第一波浪数据都是一个位置坐标下各个时间点波浪几何特征的有序集合，它完整地记录了该位置波浪在时间维度上的变化情况。[0024](4)将所述第一波浪数据作为行，按照所述第一波浪数据对应位置坐标的顺序排列各个所述第一波浪数据，得到所述第一几何特征。[0025]将得到的第一波浪数据作为行，按照这些数据对应位置坐标的顺序进行排列。在排列时，严格遵循空间坐标系中的位置顺序，如从x轴负方向到正方向、y轴负方向到正方向等顺序依次排列。这样排列后，形成了一个二维矩阵，即第一几何特征。这个二维矩阵融合了波浪在时间和空间两个维度的信息，能够直观地展示出目标海域不同位置的波浪在不同时间的几何特征变化情况，为后续模拟海洋环境、进行通信测试以及建立传播模型提供了关键的数据基础。[0026]此外，具体实现时，基于所述波浪变化信息提取位置坐标下波浪几何特征随时间[0027]需要说明的是，在目标海域中，利用安装在不同位置和高度的高清摄像头、无人机搭载的摄像设备等进行波浪影像采集。这些设备构成图像采集系统，其中，这些设备被校准至与已建立的空间坐标系相对应，以确保获取的影像信息能准确反映波浪在该坐标系下的位置和形态。在采集过程中，根据实际需求设定合适的帧率，如在波浪变化较为剧烈的区域，提高帧率至每秒30帧甚至更高，以捕捉到波浪的瞬间变化；在相对平稳的区域，帧率可适当降低至每秒15帧左右，以平衡数据量和信息完整性。采集设备还具备不同的拍摄模式，如全景拍摄用于获取大面积波浪的整体形态，特写拍摄用于观察局部波浪细节。[0028](2)基于所述影像信息检测波浪的边界。[0029]采用先进的图像识别算法对获取的影像信息进行处理。首先，将彩色影像转换为法，该算法通过计算图像中像素的梯度强度和方向，识别出灰度值变化明显的区域，从而确定波浪的边缘。在检测过程中，根据波浪影像的特点，对算法的参数进行优化，如调整阈值范围，以准确提取波浪边界，避免将噪声或其他干扰因素误判为波浪边界。[0030](3)根据波浪的边界确定波浪在所述空间坐标系下的峰值坐标和中点位置处波浪9宽度。[0031]在检测出波浪边界后，对边界信息进行分析。通过搜索边界上的像素点，找到纵坐标最大(对应波峰)和最小(对应波谷)的点，这些点在空间坐标系中的坐标即为波浪的峰值坐标。对于中点位置处波浪宽度的确定，先计算波峰和波谷之间的垂直距离，将其除以2得到中点纵坐标，然后在该纵坐标水平线上搜索波浪边界的两个交点，这两个交点在空间坐标系中的横坐标差值即为中点位置处波浪宽度。例如，在计算过程中，考虑到图像像素的离散性，可采用插值算法对坐标进行精确计算，提高测量精度。[0032](4)根据当前时刻和上一时刻波浪的峰值坐标变化趋势确定下一波浪的影像信息的检测周期。[0033]需要说明的是，可利用风速仪、风向标等设备实时监测风向、风速等影响波浪的环取前n个时间点(n根据波浪变化的稳定性和数据量确定，一般取值在5-10之间)的波浪几何特征数据，如波峰高度、波峰在空间坐标系中的位置等。采用多项式拟合或样条曲线拟合等况下，波浪峰值可能呈现线性增长趋势，此时可采用一次多项式拟合；若波浪变化较为复杂，则采用样条曲线拟合以更好地逼近实际变化。[0034]进一步的，将拟合得到的波浪峰值变化曲线与当前的变化趋势进行对比分析。通明波浪峰值在上升且上升速度加快，据此预测下一个峰值的高度和在空间坐标系中的位置。并再次之后，根据预测的下一个峰值坐标点，结合波浪的传播速度(可通过之前的影像分析或其他测量手段获取),计算出该峰值到达特定位置的时间，以此确定下一波浪的影像信息检测时间。例如，已知波浪传播速度为v,预测的峰值距离当前监测点的距离为d,则检[0035]最后，在完成下一次波浪影像信息检测后，根据实际检测到的峰值坐标和几何特征，对之前拟合的波浪峰值变化曲线进行校正。计算实际峰值与预测峰值的偏差，通过调整拟合曲线的参数，使曲线更贴近真实的波浪变化情况。[0036](5)根据所述检测周期返回所述获取波浪的影像信息的步骤。[0037]需要说明的是，根据确定的检测周期，返回获取波浪影像信息的步骤，持续进行波浪几何特征的监测和分析，通过不断循环这一过程，实现对波浪几何特征随时间变化趋势的动态跟踪，为后续模拟海洋环境、进行通信测试以及建立传播模型提供准确、实时的数据支持。[0038]S102、在海洋动力暗室中按照所述第一几何特征的行方向调整造浪装置的参数，生成各个时间点下的模拟海浪，模拟所述目标海域的通信环境。[0039]其中，每个所述模拟海浪包括同一时刻、在各个位置点的、与第一矩阵列方向各个位置波浪几何特征相同的多个模拟波浪。[0040]需要说明的是，在得到第一几何特征后，在海洋动力暗室中按照第一几何特征的行方向调整造浪装置的参数，这是因为按照行方向调整造浪装置参数，能够使生成的模拟海浪在时间上的变化与目标海域实际波浪变化一致。比如，第一几何特征中某一行数据记录了在一段时间内，某海域某位置的波浪高度从0.5米逐渐增加到1米，再慢慢减小到0.8米的过程。按照这一行数据调整造浪装置，就能让暗室内的造浪装置模拟出相同的波浪高度随时间的变化，从而真实还原目标海域在该时间段内的波浪情况。(1)基于目标波浪提取基础波形几何参数。[0042]需要说明的是，在海洋动力暗室模拟海洋环境时，目标波浪的特征是由监测目标海域海平面波浪的第一几何特征确定的，从第一几何特征的二维矩阵中，选取特定时间点和位置的波浪几何特征作为目标波浪特征。其中，基于目标波浪的几何特征，提取基础波形形几何参数是根据目标波浪的要求，结合造浪装置的物理特性和动力学原理确定的。[0043](2)通过调整电机驱动波板的频率、幅度及相位，生成与所述基础波形几何参数匹配的基础波形。[0044]需要说明的是，造浪装置主要由电机驱动系统和波板组成。电机驱动波板的运动产生波浪，通过调整电机驱动波板的频率、幅度及相位来生成基础波形。根据基础波形几何[0045](3)对于规则波，通过改变所述电机驱动频率和波板位移幅度，在基础波形上叠加[0046]首先，根据目标周期调整电机驱动频率，同时，根据目标波高和基础波高的差异，计算出需要增加的波板位移幅度。然后，通过信号发生器产生一个频率为的单频调制信号，该信号的幅度与需要增加的波板位移幅度相关，将这个单频调制信号叠加到电机驱动信号上。这样，波板在基础波形运动的基础上，按照单频调制信号的规律进行额外的运动，从而生成符合目标要求的规则波。此外，在这个过程中，需要实时监测波高和周期，例如使用浪高传感器和频率计，以确保生成的规则波满足目标参数。[0047](4)对于不规则波，基于目标波浪谱类型生成多频叠加信号，通过调整波板运动时序与基础波形进行相位调制，生成复合波浪。特定的能量分布和频率组成。首先，根据目标波浪谱类型的参数，使用数学模型计算出不同频率成分及其对应的幅度和相位。然后通过多个信号发生器产生这些不同频率、幅度和相位的信号，并将它们叠加在一起，形成多频叠加信号。在将多频叠加信号输入到电机驱动系统时，需要精确调整波板运动时序，使其与基础波形进行相位调制。例如，根据计算得到的相位关系，控制每个信号发生器的启动时间，使得波板在不同时刻对不同频率的信号做出响应，从而生成符合目标波浪谱类型的复合波浪。此外，在生成过程中，利用图像采集系统和频谱分析仪等设备，实时监测波浪的形态和频谱特性，确保生成的不规则波符合目标要[0049]S103、在模拟得到的所述目标海域的通信环境中，利用发送设备和接收设备进行通信测试。[0050]通信设备与所述造浪装置均设于海洋动力暗室中，所述测试包括：所述发送设备按照目标通信波段向所述接收设备发送测试信号；所述接收设备接收部分测试信号；海洋动力暗室内表面的吸波材料吸收除所述接收设备接收以外的其他信号；其中，所述其他信号至少包括所述发送设备发送的部分信号和发射信号的部分信号到达模拟波浪上的反射11[0051]需要说明的是，通过监测目标海域海平面波浪的第一几何特征，并在海洋动力暗室中调整造浪装置参数模拟生成的环境，包含模拟海浪等与海洋通信相关的各种条件，是为了尽可能还原真实的海洋场景，以便研究通信信号在其中的传播特性。其中，在海洋动力暗室中，发送设备可以是各类通信发射机，根据测试需求调整发射频率、功率等参数，产生不同类型的测试信号(实质上为通信信号，此处在测试过程中，所以称为测试信号),如单频信号、多频信号或调制信号。接收设备用于接收发送设备发出的测试信号，由于海洋环境的复杂性，接收设备只能接收到部分测试信号，接收到的信号包含了海洋环境对信号传播影响的信息。此外，目标通信波段为根据实际海洋通信的需求设定的通信频率范围，不同的海洋通信应用场景可能需要不同的通信波段，如短波通信常用于远距离通信，而超短波通信适用于近距离通信。还需要说明的是，吸波材料是设置在海洋动力暗室内表面的特殊材料(也可构成特殊的结构),其作用是吸收除接收设备接收以外的其他信号。这些信号包括发送设备直接发射到暗室内壁的部分信号以及经模拟波浪反射到暗室内壁的信号。吸收层能够减少信号反射和干扰，保证接收设备接收到的信号更能反映真实的海洋信道特性。(1)遍历选取第一几何特征的矩阵中每一个波浪的几何特征，作为待测试波浪。[0053]需要说明的是，第一几何特征矩阵整合了目标海域不同时间和位置的波浪几何特征。在通信测试开始时，遍历该矩阵中的每一个元素，也就是选取每一个波浪的几何特征作为待测试波浪。这一操作的目的是全面测试不同波浪条件下的通信性能。例如，矩阵中记录了某海域在不同时刻、不同位置的波浪高度、周期等特征，通过依次选取这些特征对应的波浪，能够模拟出各种复杂海况下的通信场景，从而获取更全面、准确的[0054](2)根据所述待测试波浪的几何特征，驱动造浪装置生成对应时间序列的模拟波[0055]造浪装置依据之前获取的波浪几何特征(如波高、周期、波长等)调整自身参数，模拟出与目标海域实际波浪相似的波浪形态。例如，若待测试波浪的波高为1米、周期为5秒，造浪装置会通过调整电机驱动波板的频率、幅度和相位等参数，生成波高约1米、周期为5秒的模拟波浪。[0056](3)将发送设备和接收设备置于所述造浪装置的上方。[0057]这样的布局有助于模拟海上通信中信号在空气-海水界面传播的场景。发送设备和接收设备的位置设置需要考虑多方面因素，如避免设备受到波浪的直接冲击，同时保证信号能够有效传播到接收设备。此外，设备的高度、角度等参数也会影响信号的传播效果，在实际操作中需根据具体实验需求进行精确调整。[0058](4)利用发送设备朝所述接收设备所在的方向发送第一功率的测试信号；所述接收设备接收第二功率的所述测试信号，所述第二功率小于所述第一功率。[0059]在信号传播过程中，会受到多种因素的影响而发生衰减。在海洋环境模拟中，信号会被模拟波浪吸收、散射，以及在传播过程中存在自然损耗。例如，发送设备以10瓦的功率发送测试信号，经过模拟波浪的干扰和传播损耗后，接收设备接收到的信号功率可能降低至5瓦，通过记录这两个功率值，可以分析信号在模拟海洋环境中的衰减情况。[0060]具体的，利用发送设备朝所述接收设备所在的方向发送第一功率的测试信号，包括：所述第二功率的测试信号发送至所述接收设备；除所述接收设备接收到的信号以外的第一部分所述测试信号直接发送至所述海洋动力暗室的内壁；除所述接收设备接收到的信号以外的第二部分所述测试信号传播至所述模拟波浪，反射至所述海洋动力暗室的内壁。[0061]需要说明的是，除接收设备接收到的信号外，第一部分测试信号直接发送至海洋动力暗室的内壁。这部分信号是由于信号的发散性导致的，即使在理想的直线传播情况下，也会有部分信号无法到达接收设备而直接撞击到暗室内壁。第二部分测试信号传播至模拟波浪，反射至海洋动力暗室的内壁。模拟波浪的表面不平整，会使信号发生反射和散射，这部分反射信号增加了信号传播的复杂性，模拟了真实海洋环境中波浪对信号的干扰情况。通过分析这两部分未被接收设备接收的信号的传播路径和特性，可以进一步了解信号在复杂海洋环境中的传播规律，为后续信号处理和传播模型建立提供数据支持。例如，通过在暗室内壁设置多个信号监测点，记录反射信号的强度、到达时间等参数，分析反射信号对接收信号的干扰机制。具体的，由于波浪表面的复杂性，信号在接触波浪后会向各个方向反射，这些反射信号携带了目标波浪的特征信息，对于判断目标波浪下的反射特性具有重要意义。为全面获取反射信号，在海洋动力暗室内壁的多个位置设置信号监测点，收集不同角度和强度的反射信号，以便后续分析反射特性。(1)根据第一几何特征的各个位置和时间点，按照波浪几何特征驱动造浪装置模拟生成相应波浪。[0063]第一几何特征涵盖了目标海域不同位置和时间的波浪信息，通过依据这些详细信息驱动造浪装置，可以模拟出更加多样化和贴近实际的海洋波浪环境。例如，在某一特定的时间点，目标海域的某位置波浪呈现出特定的高度、周期和波形，造浪装置依据这些特征参数，精确调整自身的参数(如电机驱动波板的频率、幅度及相位等),生成与之对应的模拟波浪。这样能够在实验室内最大程度地还原真实海洋环境中波浪的时空变化，为后续研究不同波浪条件下的通信性能提供了可靠的环境基础。[0064](2)在模拟波浪环境下，以发送设备和接收设备初始位置为基准，按照设定的角度间隔，逐步改变发送设备与接收设备之间的方向角，每次改变方向角后，发送设备按照目标通信波段向接收设备发送测试信号，接收设备接收测试信号。[0065]在实际海洋通信中，信号的传播方向会受到多种因素的影响，包括波浪的起伏、反射以及周围环境的干扰等。通过改变发送和接收设备之间的方向角进行测试，可以模拟不0°开始，每次改变10°,在每个角度下进行测试，发送设备持续按照目标通信波段(如3-30MHz的短波波段)发送测试信号，接收设备接收信号。这样可以全面获取不同方向角下测试信号的强度、质量等数据，分析信号在不同传播方向上受到波浪和环境影响的差异。[0066](3)对每次接收的测试信号进行处理，去除干扰信号。[0067]在模拟的海洋通信环境中，接收设备接收到的信号会受到多种干扰，如造浪装置产生的机械振动噪声、模拟波浪对信号的反射和散射产生的多径干扰等。为了准确分析通信信号在海洋环境中的传播特性，需要对接收信号进行处理，去除这些干扰信号。通常采用算法可以有效地去除造浪装置产生的特定频率的机械振动噪声；通过盲源分离技术可以将接收信号中的有用信号和干扰信号分离，提取出纯净的通信信号。[0068](4)从经过干扰去除处理后的纯净信号中，找出接收信号强度最大时对应的方向角，将该方向角作为该位置和时间点下波浪与接收方向角的对应关系并记录。[0069]接收信号强度最大的方向角反映了在当前波浪环境下，通信信号传播的最佳方向。通过记录每个位置和时间点下波浪与接收方向角的对应关系，可以深入了解波浪对通信信号传播方向的影响规律。例如，在某一位置和时间点，当发送和接收设备的方向角为优方向。[0070]S104、对所述接收设备接收到的测试信号进行处理，分析处理后的信号与所述目标海域模拟波浪之间的关系，所述关系包括接收到的测试信号与各个时间点、不同位置下各个模拟波浪的关系。(1)构建海洋动力暗室通信测试三维模型，三维模型中至少包括暗室结构、造浪装[0072]需要说明的是，暗室结构决定了信号传播的空间边界和电磁环境特性，例如暗室的尺寸、形状以及内壁材料的电磁属性等都会影响信号的反射和吸收。造浪装置的位置和工作状态影响模拟波浪的产生，进而影响信号在波浪场中的传播。模拟波浪场的波浪形态、波高、周期等参数是研究信号传播的关键海洋环境因素。发送设备和接收设备的位置、发射功率、接收灵敏度以及天线特性等参数也被纳入模型。通过精确构建这个三维模型，能够真实地反映通信测试场景的物理特性，为后续模拟信号传播路径提供基础。例如，可以利用计算机辅助设计(CAD)和电磁仿真软件，将各个组件的几何形状、物理属性等参数输入，构建出精确的三维模型。[0073](2)基于三维模型模拟发送设备发送的测试信号在海洋动力暗室内的传播路径。[0074]可以运用数值计算方法，如时域有限差分法(FDTD),对测试信号在复杂环境中的到模拟波浪时，会发生反射和散射，部分信号会改变传播方向；信号在暗室的墙壁、造浪装置等物体表面也会发生反射。通过模拟这些传播路径，可以直观地观察到信号在不同位置和时间的传播情况，得到信号的电场强度、磁场强度分布以及传播时延等信息。[0075](3)基于所述传播路径确定所述接收设备接收到的干扰信号来源。[0076]干扰信号可能来自多个方面，如模拟波浪的反射和散射、暗室内部结构(如墙壁、设备支架等)的反射、造浪装置产生的电磁干扰等。通过分析传播路径，观察哪些信号路径会导致干扰信号到达接收设备。例如，如果模拟波浪的某一区域反射信号强烈，且这些反射信号与直达信号在接收设备处叠加，就会形成干扰；或者暗室墙壁的反射信号在特定时间和频率下与有用信号相互干扰。确定干扰信号来源后，可以有针对性地采取措施去除干扰。[0077](4)基于所述干扰信号来源从所述接收设备接收到的测试信号中去除干扰信号，仅保留从所述发送设备处接收到的测试信号。[0078]需要说明的是，海洋动力暗室在整个干扰抑制过程中发挥着至关重要的作用。暗室的特殊设计和材料选择，使其具备吸收物理产生的干扰信号的能力。其内壁的吸波材料能够有效吸收发送设备发出的部分信号以及模拟波浪反射的信号，减少这些信号在暗室内的反射和散射，降低干扰信号的强度和影响范围，为接收设备营造一个相对纯净的信号接收环境。此外接收硬件也经过精心挑选和配置，以增强对有用信号的接收能力和对干扰信号的抵抗能力。例如，选用具有高灵敏度和抗干扰性能的接收天线，其设计能够优化对特定方向和频率信号的接收，同时减少外界干扰信号的进入。还需要说明的是，除了暗室和接收硬件的作用外，信号处理去噪技术是去除干扰信号的核心手段。根据干扰信号的特性，采用不同的信号处理方法。如果干扰信号是特定频率的，可使用带阻滤波器去除该频率的信号成分；对于多径反射产生的干扰，可采用自适应滤波算法，根据信号的统计特性调整滤波器的参数，抑制干扰信号。例如，利用最小均方误差(LMS)自适应滤波算法，通过不断调整滤波器的权重，使滤波器输出的信号与期望信号(即从发送设备直接接收的信号)之间的误差最小化，从而有效去除干扰信号，提高接收信号的质量。经过干扰去除处理后，得到的信号更能准确地反映在目标海域模拟波浪环境下的测试信号特性。[0079]S105、基于所述关系建立测试信号在所述目标海域的传播模型。[0080]需要说明的是，将之前分析得到的接收信号与各个时间点、不同位置下模拟波浪的关系数据进行全面整合。从这些大量的数据中提取关键特征，例如不同波浪高度、周期、根据数据特点和研究目的，选择合适的建模方法，常见的方法包括基于数学公式的理论建模和基于机器学习的建模方法。理论建模方面，利用电磁波传播理论、海洋流体力学等知识，建立描述信号传播特性与海洋环境参数之间关系的数学模型。例如，基于波动方程和散射理论，构建信号在模拟波浪环境中传播的衰减模型，通过数学推导得出信号衰减与波浪高度、波长以及信号频率之间的定量关系。在机器学习建模方面，运用神经网络、支持向量机等算法。以神经网络为例，将提取的波浪特征和对应的信号传播特性参数作为训练数据，输入到神经网络模型中进行训练，让模型学习海洋环境参数与信号传播特性之间的复杂非线性映射关系。[0081]如果采用机器学习方法，使用训练数据对模型进行训练。在训练过程中，不断调整模型的参数，使得模型的预测结果与实际数据尽可能接近。通过交叉验证等技术，防止模型过拟合，提高模型的泛化能力。对于理论模型，根据实际数据对模型中的参数进行校准和优化，确保模型能够准确地描述信号在目标海域的传播特性。[0082]进一步的，可使用测试数据对建立好的模型进行验证和评估，计算模型预测结果与实际测试数据之间的误差指标，如均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)等。如果误差在可接受范围内，说明模型具有较好的准确性和可靠性；如果误差较大，则需要重新审视建模过程，调整模型结构或参数，甚至重新选择建模方法，直到模型达到(1)获取目标海域实际通信的时间点和位置点信息，输入到已建立的传播模型中。[0084]需要说明的是，时间点信息反映了海洋环境随时间的动态变化，因为不同时刻的海洋波浪、海流、气象等条件不同，会对信号传播产生不同影响。位置点信息则确定了通信所处的具体海域位置，不同海域的海洋特性差异显著。[0085](2)传播模型根据输入的实际通信时间点和位置点信息，输出当前条件下的实际传播特性。[0086]模型在建立过程中，整合了大量关于目标海域的海洋动力环境数据(如波浪特征、海流速度等)以及测试信号在模拟环境中的传播数据。通过对这些数据的学习和分析，模型能够根据新输入的时间点和位置点信息，预测信号在该特定条件下的传播特性。这些特性包括但不限于信号的多径时延、相位偏移、信道容量等。多径时延反映了信号在传播过程中由于不同路径到达接收端的时间差异，这会影响信号的质量和准确性；相位偏移则影响信号的解调和解码过程；信道容量决定了通信系统能够传输的数据量。[0087](3)根据得到的实际传播特性，结合通信设备的特性参数，确定通信过程中的信号接收方向角和信号衰减情况。[0088]需要说明的是，通信设备的特性参数包括天线的增益、方向性、接收灵敏度等。天线的方向性决定了其对不同方向信号的接收能力，增益则影响接收信号的强度。例如，具有高增益的定向天线在特定方向上能够更有效地接收信号。通过综合考虑传播特性和设备参数，利用信号处理算法和相关理论计算，确定信号接收方向角和信号衰减情况。信号接收方向角对于准确接收信号至关重要，而信号衰减情况则直接关系到信号的质量和通信的可靠性。[0089](4)根据确定的信号接收方向角，利用目标海域的地理坐标系统以及预先设定的方向角与地理位置的转换关系，确定接收设备的实际位置。[0090]在海洋通信中，准确确定接收设备的位置对于实现可靠通信和后续的通信管理至关重要。例如，在海上救援场景中，确定遇险船只或人员携带的接收设备位置是实施救援的关键。通过将信号接收方向角与地理坐标系统相结合，利用三角函数等数学方法，根据预先设定的转换关系(如已知参考点坐标和方向角，计算接收设备相对于参考点的位置),可以计算出接收设备的经纬度坐标，从而确定其在目标海域的实际位置。[0091](5)根据确定的信号衰减情况，通过计算或查找预先建立的信号衰减与发射功率对应关系数据库，确定满足通信所需的发射功率。[00