声呐目标回声特性预报的板块元方法

将计算雷达散射截面的板块元方法引入到声呐目标强度计算中。在应用Kirchhoff近似计算水中目标散射声场时,用一组平面板块元近似复杂形状目标曲面,所有板块元的散射声场的和就是总散射声场的近似值。通过将单个板块元的积分化为代数和避免了面积分运算,使得板块元法比通常的面元积分法计算速度提高许多倍。针对声呐的情况将此方法推广到目标近场和非刚性表面回声特性预报。用这种方法解决了多种声呐目标的回声计算并开发了专用软件,能够快速计算各种形状声呐目标的目标强度。

考虑遮挡和二次散射的修正板块元算法

对外部加环肋圆柱壳体的声散射研究表明,部件之间的互散射(二次散射)对反向散射声场有重要贡献。本文在板块元算法基础上,加入对遮挡和二次散射的判段,得到修正的板块元算法。通过计算外部加环肋圆柱壳体的目标强度,展现了二次散射和遮挡效应在不同角度的交替作用;而在考虑透射效应后,在高频段和低频段呈现出不同的效果。修正板块元计算结果与实测数据比较,两者一致。

基于板块元的水面舰船远场声目标强度预报方法

提出了一种基于板块元的水面舰船水下远场声目标强度数值预报方法,首先根据水面舰船水下船体及附体的型线进行等效建模,采用板块元方法进行网格划分,建立了水面舰船特有的复杂附体二次反射、海面散射效应的数值模型,将各板块元的声散射视为一种"滤波",各板块元的散射声传输函数具有不同幅度、相位、时延,将其叠加之和进行反傅氏变换后,获得水面舰船波形级的远场声目标强度及方位分布特征。通过分析比较典型声呐探测信号下水面舰船的声目标强度,验证了该方法的有效性,为优化与控制水面舰船目标强度,分析水面舰艇水声对抗的作战效能提供了物理依据。

Gordon板块元算法稳定性研究及其在电磁散射中的应用

本文在分析平面板元上Ｇｏｒｄｏｎ算法（Ｇ－ＰＰＭ）与傅里叶交换算法（ＦＴ─ＰＰＭ）数值稳定性的基础上指出：板块元边缘的任意分割会导致ＦＴ－ＰＰＭ的坏条件计算问题；而板块元边缘的任意分割对于Ｇ─ＰＰＭ而言都是好条件计算问题。因此Ｇ－ＰＰＭ是数值稳定性更好的算法。本文进一步推证了简化Ｇｏｒｄｏｎ板块元算法（ＳＧ─ＰＰＭ），并给出了ＳＧ－ＰＰＭ的具体算例。算例表明ＳＧ－ＰＰＭ快速、有效、稳定性好。

板块尺寸在板块元目标散射算法中的特性分析

板块元算法是在对Kirchhoff积分公式高频近似的基础上,采用几何建模的方法,计算目标散射声场。板块划分是板块元算法中的一个重要步骤,对计算精度与计算速度有着重要的影响。球体形状目标,因其形状简单,通过积分方法可以进行精确的求解,因此常被选择作为比较不同散射算法效能的参照对象。文中针对球体目标,分别采用板块元散射算法与解析解方法计算球体目标强度,分析不同频率和距离等情况下板块尺寸对板块元算法精度的影响。仿真结果表明,板块尺寸对计算结果的影响主要是由板块拟和目标曲面所导致的几何模型误差和近似计算中计算模型误差二者所引起。

基于改进板块元法的潜艇目标强度预报仿真

针对板块元法计算潜艇目标强度时积分分母可能为零,从而导致计算结果不稳定的问题,文中将Gordon积分算法用于潜艇目标强度的预报仿真,并针对复杂目标简化面元遮挡判断流程,首先对刚性球体进行建模计算,其次对Benchmark潜艇进行3D建模,运用改进板块元法对潜艇目标强度进行预报。仿真结果表明,改进模型的计算结果更加稳定,能够较好反映潜艇目标强度的特征。

改进的板块元遮挡算法

潜艇目标具有复杂的内部结构,在对其进行回波预报时需要考虑不同部位之间的遮挡效应。选取某双层艇的内壳模型作为研究目标,首先利用三维建模软件对其精确建模,然后利用网格划分软件对目标建立两组尺寸不同的板块:大尺寸参考板块和精细板块,使用大尺寸参考板块对精细板块进行遮挡判断,可以通过减少遮挡判断次数,提高判断速度。通过将改进前后遮挡算法预报的目标强度和运算速度进行对比,验证了改进后算法的有效性和快速性,改进后的遮挡算法更具有工程应用价值。

基于改进板块元法的标准潜艇收发分置目标强度分析

收发分置目标强度是双基地和多基地声呐的重要参数,文中采用改进板块元方法分析了具有复杂结构的标准潜艇收发分置目标强度。首先,将收发合置的改进板块元方法推广到收发分置的情形,推导并验证收发分置的改进板块元方法;然后,在考虑二次散射和遮挡的情况下,分析包含外壳、内壳和肋板的双壳体标准潜艇的中高频收发分置目标强度;最后,分析了收发分置目标强度的统计特性。结果表明:1)改进板块元方法在分置角不大时具有较好的准确度,避免了坐标变换导致的大量计算,提高了计算的稳定性;2)对于双壳体标准潜艇,在多数情况下潜艇外壳的一次散射是目标强度的主要贡献,而外壳的二次散射较小,当入射方向和散射方向关于艏部或者艉部对称时,由于镜面反射,肋板和内壳的贡献较大;3)文中计算频率目标强度的统计特性随分置角变化不大。文中的研究可为水中兵器多基地和双基地声呐设计提供依据。

基于目标特征截面的板块元遮挡处理算法

潜艇目标具有复杂的内部结构,在对其进行回波预报时需要考虑不同部位之间的遮挡效应。文章基于目标特征截面的板块元遮挡处理算法,选取目标的特征截面作为参考板块对目标进行遮挡处理,该方法通过减少遮挡判断次数,能够大幅度提高遮挡处理速度。选取双层Benchmark潜艇的内壳模型作为研究目标,首先利用三维建模软件对其精确建模,并对目标表面进行网格划分;然后提取目标的特征截面,并选取特征截面作为遮挡处理中的参考板块,进行遮挡处理计算;最后,通过与现有遮挡处理算法的计算结果和计算速度进行对比,验证了改进后算法的有效性和快速性。

基于板块元法的鱼雷声散射特性分析

针对新型反鱼雷装备对来袭鱼雷声探测的需求,开展了鱼雷物理结构体的高频声散射特性建模及仿真研究。利用板块元理论,建立了鱼雷目标结构模型,研究了鱼雷声散射特性分析计算方法,分析了鱼雷目标声散射强度,给出了鱼雷散射强度随声信号入射方位的变化特性。在此基础上,分析了鱼雷目标声散射亮点特征,仿真得到了鱼雷目标声散射亮点的时域及空间分布特性。研究结果可为反鱼雷装备精确探测提供参考。

基于图形处理器的水下目标传递函数多频点处理方法

为了提高水下目标宽带回波的计算速度,本文提出一种基于图形处理器GPU的散射传递函数多频点快速计算解决方案。相较于传统算法中逐个频率点计算的方式,CUDA快速算法充分利用各频点处目标强度的相对独立性,基于GPU的硬件特点,同时计算宽带内的散射声场,从而显著提高了计算效率。本文以潜航器模型为算例,对不同网格数量下模型的目标散射传递函数计算速度进行对比分析。仿真结果表明,相较于传统的CPU串行计算,采用CUDA快速算法能够实现超过80的加速比,有效提高了计算速度。

船用螺旋桨静态声散射预报方法及特性

针对螺旋桨静态声散射特性预报问题,采用分层介质声传播理论与离散面元厚度信息相结合的板块元算法,建立变厚度曲面薄板目标声散射特性预报方法。基于面元厚度及材料属性信息求解所有面元的反射系数,进而求得目标的总散射声场。为了提高计算效率,通过单片桨叶网格拓扑克隆的方式实现完整螺旋桨的散射声场预报,并通过有限元和静态声散射特性湖上试验对新的预报方法的准确性进行了验证。研究结果表明:螺旋桨目标强度的频响特性、角度-距离谱以及空间指向性预报值与测试值基本一致。研究结果对水下航行器艉向附近的声散射特性预报具有一定的参考价值。

水下航行体分片参数化多亮点声散射预报方法研究

针对现有亮点模型预报水下航行体声散射特性精细程度不高的问题,建立能反映水下航行体真实线型以及精细声散射特征的亮点模型。采用线性插值算法和分割目标方法建立指挥台和艉部的参数化亮点模型,并采用板块元方法对建模结果进行验证。对包含指挥台和艉部在内的Benchmark潜艇模型声散射特性开展建模研究,并与BASIS方法的标准解进行对比。通过开展Benchmark缩比潜艇模型声散射湖上试验,获取Benchmark缩比潜艇模型目标强度测量结果,并与亮点模型方法进行对比。研究结果表明,建立的指挥台和艉部参数化亮点模型是准确的,将各部件的空间相位信息考虑在内,亮点模型能够预报水下航行体的精细声散射特征。研究结果对水下目标声散射快速预报具有一定的参考价值,在快速时域回波预报方面应用前景广阔。

敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性研究

研究敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性具有重要的意义。首先通过建模软件构建目标模型,然后利用分层近似法,结合多层介质的传递矩阵方法,将含有变截面空腔的吸声覆盖层分为多个可视为圆柱空腔结构的薄层,进而实现复合结构的声反射系数的求解,最后利用基于戈登(Gordon)积分的板块元方法对目标强度进行预报,并针对复杂目标提出基于光线投射的可见面元判别方法。在此基础上,以BeTSSiⅡ标准模型为例,研究敷设空腔覆盖层的水下复杂目标的声散射方位特性和频率特性。结果表明:文中提出的基于光线投射的可见面元判别方法可以快速有效地提供板块元方法所需的可见面元;板块元方法对BeTSSiⅡ标准模型的预报结果可以很好地反映其目标强度的特征及其变化规律;模型敷设空腔覆盖层可以有效降低目标强度,与敷设等厚均匀覆盖层时相比,复合结构声反射系数曲线的第一谷值频率降低,在频率较低时敷设空腔覆盖层的吸声效果更好,可以进一步减小目标强度。该研究有助于实际工程中实现对水下平台散射特性的快速预报。

任意路径航行的水下航行器回波特征研究

本文阐述基于频域间接法的板块元基本原理,建立水下航行器三维网格模型,提出以任意路径运动的水下航行器回波特征预报方法。通过开展1:20缩比的Benchmark潜艇回波特性水下声散射试验,验证了上述预报方法的准确性。研究表明,预报方法能够预测水下航行器以任意路径航行的回波特征,对水下运动目标的探测与识别有一定意义。

水下简单形状目标回声的近远场过渡特性

定义了描述目标近场回声特性的物理量——回声强度 (Echo Strength,ES) .提出计算 ES的近场板块元方法 ,得出水下简单形状目标 :球体、椭圆柱和旋转椭球体回声的近、远场过渡规律 .

沉底水雷目标强度预报

文章利用板块元方法和物理声学方法对界面附近目标的目标强度计算理论预报沉底水雷的目标强度。计算对比了无界面和淤泥界面附近水雷型目标的目标强度 ,为进一步研究界面附近水中复杂目标的目标强度提供了一种实用的方法。

沉底水雷目标强度与回声信混比

通过几何图形建模软件对沉底水雷目标精确建模,利用基于物理声学的板块元算法对界面附近目标回波特性进行理论计算。以某沉底水雷为例,对比无界面、淤泥和粘泥界面附近沉底水雷的目标强度,讨论了发射-接收波束宽度对沉底水雷目标强度的影响,比较不同波束角、俯仰角和方位角情况下的回声信混比。计算结果表明,在某些特定角度对沉底水雷进行探测会有比较好的效果。

基于大尺度目标强亮点散射的时反特性

针对大尺度目标水下探测问题,首先采用板块元方法由Kirchhoff原理出发从理论上详细推导出目标表面的散射模型,并利用空间坐标系给出了面元的二维散射特性;然后将目标不同区域合成等效目标,在散射特性基础上利用时反聚焦特性建立了与水平线列阵之间的时反模型,结论表明采用时反的板块元大尺度目标识别时,时反时延因子的不同选取能够提高大尺度目标对应区域的处理增益,不但为多点方位估计的高信噪比要求提供了有力平台,且能实现大尺度目标不同区域的准确方位估计;最后,信噪比-15d B条件下MUSIC的目标多点方位仿真结果表明了改进方法探测目标的优越性。