水下航行体的声目标强度预报方法及系统与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及水下航行体技术领域，尤其涉及一种水下航行体的声目标强度预报方法及系统。背景技术：2.目前声呐工程中对水下航行体的声目标强度进行预报主要采用两种方法，一是基于kirchhoff近似的板块元方法，其基本原理是用一组平面板块元近似复杂形状目标曲面，将所有板块的散射声场叠加近似总散射声场。板块元方法虽然能较精确地逼近复杂形状的目标，但由于要划分的板块数量巨大，板块之间的消隐和遮挡也需要耗费大量计算时间和资源，满足不了工程实际需要。二是有限元方法，有限元方法受计算频率的限制，计算的频率越高划分的网格数量越大，虽然计算精度很高，但是计算速度很慢，往往局限于低频。技术实现要素：3.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种水下航行体的声目标强度预报方法及系统。4.第一方面，本发明提供了一种水下航行体的声目标强度预报方法，包括：5.对水下航行体的多个凸体结构进行分解，得到多个分解部件；每一个分解部件在预设亮点模型库中存在对应的部件模型，每一个部件模型具有对应的亮点传递算法；6.针对每一个分解部件：获取该分解部件的尺寸；根据该分解部件的尺寸以及该分解部件对应的部件模型对应的亮点传递算法，确定该分解部件对应的第一亮点传递函数；根据所述第一亮点传递函数和该分解部件在所述水下航行体中的分布位置，确定该分解部件对应的第二亮点传递函数；所述第二亮点传递函数为考虑了相位因素的亮点传递函数；7.将所述水下航行体的各个分解部件对应的第二亮点传递函数进行相干叠加，得到所述水下航行体对应的第三亮点传递函数；8.根据所述第三亮点传递函数，计算所述水下航行体对应的声目标强度。9.第二方面，本发明提供了一种水下航行体的声目标强度预报系统，包括：10.部件分解模块，用于对水下航行体的多个凸体结构进行分解，得到多个分解部件；每一个分解部件在预设亮点模型库中存在对应的部件模型，每一个部件模型具有对应的亮点传递算法；11.函数确定模块，用于针对每一个分解部件：获取该分解部件的尺寸；根据该分解部件的尺寸以及该分解部件对应的部件模型对应的亮点传递算法，确定该分解部件对应的第一亮点传递函数；根据所述第一亮点传递函数和该分解部件在所述水下航行体中的分布位置，确定该分解部件对应的第二亮点传递函数；所述第二亮点传递函数为考虑了相位因素的亮点传递函数；12.函数叠加模块，用于将所述水下航行体的各个分解部件对应的第二亮点传递函数进行相干叠加，得到所述水下航行体对应的第三亮点传递函数；13.强度计算模块，用于根据所述第三亮点传递函数，计算所述水下航行体对应的声目标强度。14.本实施例提供的水下航行体的声目标强度预报方法及系统，首先对水下航行体的多个凸体结构进行分解，得到多个分解部件，然后针对每一个分解部件，求解对应的第一亮点传递函数，进而求解对应的第二亮点传递函数，然后将各个分解部件的第二亮度传递函数进行相干叠加，得到水下航行体对应的第三亮点传递函数，最后根据所述第三亮点传递函数计算得到所述水下航行体对应的声目标强度。本发明的计算简单且物理概念清晰，而且可以快速地对水下航行体的声目标强度进行计算，因此可以应用在时域回波的实时预报中。附图说明15.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。17.图1为本发明实施例中水下航行体的声目标强度预报方法的流程示意图；18.图2为本发明实施例中benchmark艇模型的分解示意图；19.图3为本发明实施例中水下航行体的声目标强度预报方法的流程示意图；20.图4为本发明实施例中声波以正横90度入射时1khz至10khz下benchmark艇的频率响应曲线；21.图5为本发明实施例中声波以正横45度入射时1khz至10khz下benchmark艇的频率响应曲线；22.图6为本发明实施例中benchmark艇在5khz、水平360°时的指向性图；23.图7为本发明实施例中benchmark艇在5khz、水平360°时的角度频率谱图；24.图8为本发明实施例中空间俯仰-20°～+20°、水平全向的图谱。具体实施方式25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。26.第一方面，本发明提供一种水下航行体的声目标强度预报方法。27.如图1所示，该方法包括如下步骤s110～s140：28.s110、对水下航行体的多个凸体结构进行分解，得到多个分解部件；每一个分解部件在预设亮点模型库中存在对应的部件模型，每一个部件模型具有对应的亮点传递算法；29.例如，参见图2，对于benchmark艇模型，按照几何形状将其分解成艏部、艉部、舯部、指挥台等多个凸起结构。然后针对艏部不能再分解，即艏部只有一个分解部件；针对舯部不能再分解，即舯部只有一个分解部件；针对指挥台这一凸起结构可以分解为两个分解部件，一个是半椭圆柱，一个是楔形平板；针对艉部可以分解为四个椭圆柱和一个截头椭圆锥台。30.其中，预设亮点模型库中包含多个部件模型，这些部件模型为简单模型，即不能再分解的部件模型，因此如果一个分解部件能够在预设亮点模型库中找到对应的部件模型，则说明这个分解部件已经不能再分解了，此时这个分解部件可以称之为一个简单部件。31.在具体实施时，参见图3，s110可以包括：32.对所述多个凸体结构中的每一个凸体结构进行分解，得到每一个凸体结构的至少一个分解部件；判断每一个分解部件是否在所述预设亮点模型库中存在对应的部件模型；若是，则停止对该分解部件的继续分解；否则，对该分解部件继续进行分解，直到分解后的各个部件在所述预设亮点模型库中存在对应的部件模型。33.也就是说，首先对一个水下航行体进行分解，得到多个凸起结构，然后针对每一个凸起结构进一步分解，如果一个凸起结构不能进一步分解，则该凸起结构包括一个分解部件。如果一个凸起结构还能进一步分解，则可以得到多个分解部件，然后判断每一个分解部件是否为简单部件，如果是，则对该分解部件不必再继续分解；如果不是，则对该分解部件继续分解，直到所有的分解部件都是简单部件，即在所述预设亮点模型库中存在对应的部件模型。34.通过步骤s111～s112，可以得到多个不能再分解的分解部件。35.s120、针对每一个分解部件：获取该分解部件的尺寸；根据该分解部件的尺寸以及该分解部件对应的部件模型对应的亮点传递算法，确定该分解部件对应的第一亮点传递函数；根据所述第一亮点传递函数和该分解部件在所述水下航行体中的分布位置，确定该分解部件对应的第二亮点传递函数；所述第二亮点传递函数为考虑了相位因素的亮点传递函数；36.可理解的是，预设亮点模型库中的每一个部件模型都具有一个亮点传递算法，即每一个分解部件都对应一个亮点传递算法。针对分解得到的每一个分解部件，获取其尺寸，然后将其尺寸输入到对应的亮点传递算法中，便得到对应的第一亮点传递函数。37.可理解的是，不同的分解部件在水下航行体中的分布位置不同，不同的分布位置相对于入射的声波而言具有不同的相位，因此在第一亮度传递函数中添加分解部件的分布位置所对应的相位信息，则可以得到考虑了相位这一因素的第二亮点传递函数。38.在具体实施时，s120中所述根据所述第一亮点传递函数和该分解部件在所述水下航行体中的分布位置，确定该分解部件对应的第二亮点传递函数，可以具体包括：将所述第一亮点传递函数乘以所述分布位置对应的相位因子，得到所述第二亮点传递函数；所述相位因子为e-2ikl cosθ，i为虚数单位，k为波数；l为所述分布位置对应的相位距离；θ为声波的入射角。39.可见，将第一亮度传递函数和对应的相位因子相乘，便得到了对应的第二亮度传递函数。当然还可以选择其它的方式在第一亮度传递函数中添加相位信息。40.在具体实施时，在执行完s120之后，执行s130之前，本发明提供的方法还可以包括：根据该分解部件的第二亮度传递函数与声波的入射角之间的关系，对该分解部件的所述第二亮度传递函数进行更新。41.例如，针对指挥台这一凸起结构，可以分解得到一个是半椭圆柱，一个是楔形平板，半椭圆柱对应的第二亮度传递函数为h，楔形平台对应的第二亮度传递函数为g。以其中的半椭圆柱详细说明，可以通过插值法确定半椭圆柱的第二亮度传递函数与声波的入射角之间的关系，具体可以得到下表1：42.表1半椭圆柱的第二亮度传递函数与声波的入射角之间的关系表43.角度θ/°h10h900.5h180044.通过上述表1可以得到：[0045][0046]因此可以采用上述公式对半椭圆柱的第二亮度传递函数进行个更新，得到更新后的第二亮度传递函数。[0047]也就是说，如果分解部件为半椭圆柱，则采用第一公式计算该分解部件更新后的第二亮度传递函数，所述第一公式包括：[0048][0049]式中，h1(θ)为该分解部件的更新后的第二亮度传递函数，h为该分解部件的更新前的所述第二亮度传递函数，θ为声波的入射角。[0050]类似的，对于楔形平板也可以通过插值的方式得到其第二亮度传递函数和声波入射角之间的关系，进而总结出对第二亮度传递函数进行更新的公式，将第二亮度传递函数输入至该公式，可以得到更新后的第二亮度传递函数。[0051]s130、将所述水下航行体的各个分解部件对应的第二亮点传递函数进行相干叠加，得到所述水下航行体对应的第三亮点传递函数；[0052]可理解的是，如果对水下航行体分解得到n个分解部件，则对应n个第一亮度传递函数，进而对应n个第二亮度传递函数，然后将这n个第二亮度传递函数进行相干叠加，便得到一个第三亮点传递函数，该第三亮点传递函数是水下航行体整体的亮度传递函数。[0053]在具体实施时，s130可以具体包括：[0054]s131、将每一个凸起结构的各个分解部件对应的第二亮度传递函数进行相干叠加，得到该凸起结构对应的亮度传递函数；[0055]s132、将所述水下航行体的各个凸起结构的亮度传递函数进行相干叠加，得到所述水下航行体的第三亮度传递函数。[0056]也就是说，首先计算出每一个凸起结构对应的亮度传递函数，然后将各个凸起结构的亮度传递函数相干叠加，得到整个水下航行体的亮度传递函数，即第三亮度传递函数。[0057]在具体实施时，如果在130之前对第二亮度传递函数进行了更新的话，s130可以具体包括：将所述水下航行体的各个分解部件对应的更新后的第二亮点传递函数进行相干叠加，得到所述水下航行体对应的第三亮点传递函数。[0058]s140、根据所述第三亮点传递函数，计算所述水下航行体对应的声目标强度。[0059]可理解的是，在得到水下航行体整体的第三亮度传递函数之后，通过对第三亮度传递函数的求解，便得到水下航行体的声目标强度，从而得知水下航向体的回波特性。[0060]在具体实施时，本发明提供的方法还可以包括：[0061]s150、展示在多个不同入射角度下所述水下航行体的所述声目标强度随频率的变化曲线。[0062]可理解的是，声目标强度受频率、声波的入射角度等因素的影响，计算得到的所述水下航行体对应的声目标强度针对一定的频率和入射角的。在不同的频率和入射角下，声目标强度是不同的。例如，在声波以正横90度入射时benchmark艇的声目标强度随频率的变化如图4所示，在声波以正横45度入射时1benchmark艇的声目标强度随频率的变化如图5所示。图4和5为水平角度入射时的曲线图。图6为本发明实施例中benchmark艇在5khz、水平360°时的指向性图。图7为本发明实施例中benchmark艇在5khz、水平360°时的角度频率谱图。图8为本发明实施例中空间俯仰-20°～+20°、水平全相的图谱。本发明中选定舯部1/2高处作为相位基准。[0063]可理解的是，声呐目标回波的亮点模型统一用幅度、时延和相位跳变因子三个参数描述，目标的回波用解析形式表示，计算简单且物理概念清晰。而且亮度模型具有计算快速的优点，使得亮点模型在结合时域、多层介质声传播等理论方面也极具应用价值，更加满足声呐技术对于水下航行体的回声特性要求速度更快的需求，更加适合应用于水下对抗和反对抗的技术领域中去。[0064]本发明具有以下优点：计算简单且物理概念清晰；本发明提出的方法可以快速地对水下航行体的声目标强度进行计算；本发明提供的方法可以与多层介质声传播理论相结合，对敷设吸声覆盖层的水下航行体的声目标强度进行预报。还有，本发明可以应用在时域回波的实时预报中，预报速度得到很大程度提高。[0065]第二方面，本发明提供一种水下航行体的声目标强度预报系统，包括：[0066]部件分解模块，用于对水下航行体的多个凸体结构进行分解，得到多个分解部件；每一个分解部件在预设亮点模型库中存在对应的部件模型，每一个部件模型具有对应的亮点传递算法；[0067]函数确定模块，用于针对每一个分解部件：获取该分解部件的尺寸；根据该分解部件的尺寸以及该分解部件对应的部件模型对应的亮点传递算法，确定该分解部件对应的第一亮点传递函数；根据所述第一亮点传递函数和该分解部件在所述水下航行体中的分布位置，确定该分解部件对应的第二亮点传递函数；所述第二亮点传递函数为考虑了相位因素的亮点传递函数；[0068]函数叠加模块，用于将所述水下航行体的各个分解部件对应的第二亮点传递函数进行相干叠加，得到所述水下航行体对应的第三亮点传递函数；[0069]强度计算模块，用于根据所述第三亮点传递函数，计算所述水下航行体对应的声目标强度。[0070]在一些实施方式中，所述部件分解模块包括：[0071]部件分解单元，用于对所述多个凸体结构中的每一个凸体结构进行分解，得到每一个凸体结构的至少一个分解部件；[0072]部件判断单元，用于判断每一个分解部件是否在所述预设亮点模型库中存在对应的部件模型；若是，则停止对该分解部件的继续分解；否则，对该分解部件继续进行分解，直到分解后的各个部件在所述预设亮点模型库中存在对应的部件模型。[0073]在一些实施方式中，所述函数确定模块中所述根据所述第一亮点传递函数和该分解部件在所述水下航行体中的分布位置，确定该分解部件对应的第二亮点传递函数，包括：将所述第一亮点传递函数乘以所述分布位置对应的相位因子，得到所述第二亮点传递函数；所述相位因子为e-2ikl cosθ，i为虚数单位，k为波数；l为所述分布位置对应相位距离；θ为声波的入射角。[0074]可理解的是，本发明提供的系统与第一方面中提供的方法相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果、具体实施方式等内容可以参考第一方面中的相应部分，此处不再赘述。[0075]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。[0076]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。[0077]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ron/ran、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。[0078]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。









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