一种声纳不规则探测范围显示方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种声纳不规则探测范围显示方法及系统，所述方法包括：基于被动声纳方程计算岸基声纳的优质因素；基于声场分析推算传播损失；通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；基于抛物线差值的探测范围曲线平滑方法，生成封闭的岸基声纳探测能力圈曲线并进行显示。本发明专利技术面向工程应用，针对岸基声纳在不同方向上具备不同的探测能力问题，提出了不规则探测范围显示方法和系统；具备简单易用、实用性强与适用范围广的特点。

A method and system for displaying irregular detection range of sonar

【技术实现步骤摘要】
一种声纳不规则探测范围显示方法及系统
本专利技术涉及水下探测态势显示领域，尤其涉及一种声纳不规则探测范围显示方法及系统。
技术介绍
现代水下战场作战主要是高科技信息技术的应用，态势显示系统能够对水下战场环境进行计算机仿真，并把水下目标的态势航迹信息以图形化的方式清晰的呈现出来。探测范围是水声探测源的重要性能体现，针对某个目标源级，水声探测源在不同方向的探测能力可能是不同的，并且在多个探测源同时工作时探测区域可能会有交叠。在作战过程中，了解水声探测源实际探测能力范围是十分重要的，准确的掌握水声探测源探测范围，可以在探测能力薄弱的地方提前布置好兵力。同时，在敌方目标进入范围后，可以尽快被发现，便于作战指挥员及时作出决策，提升作战的效率和准确性，保障我方在战场中尽量处于主动位置。此外，实际战场作战时，需根据水声站的探测范围实时的进行兵力部署。由于实际水声站探测能力与理想的是有差距的，实际水声站探测能力圈是不规则的，因此，在态势显示界面中根据提供的数据绘制出实际的探测能力圈是很有必要的。理想状态下，水声探测源的探测范围采用一个完整的能力圈来表示，在各方位都具有同样的探测能力。在实际声纳系统中，根据探测目标类型、主要探测区域的不同会使得基阵形成各向不同的指向性，保持在特定方向上比较好的探测能力。对于线阵，考虑到端射方向上性能的下降和平台噪声的影响，探测能力圈可以简化为扇形。基阵在不同方向的探测能力不同，会形成不规则的探测能力圈。不规则能力圈的绘制不能像规则的圆、扇形那样可以采用特定的公式函数准确画出。因此，不规则探测能力圈的绘制就成为了态势显示系统中探测源绘制的一个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服岸基声纳的探测范围的不规则显示问题存在的上述缺陷，提供一种声纳不规则探测范围显示方法，能够清晰准确地显示岸基声纳探测能力。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种声纳不规则探测范围显示方法，所述方法包括：基于被动声纳方程计算岸基声纳的优质因素；基于声场分析推算传播损失；通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；基于抛物线差值的探测范围曲线平滑方法，生成封闭的岸基声纳探测能力圈曲线并进行显示。作为上述方法的一种改进，所述岸基声纳的优质因素的计算公式为：FOM＝SL-NL+GS+GT-DT其中，FOM为岸基声纳的优质因素；SL为目标辐射噪声源级；NL为环境噪声级；GS和GT分别表示声纳系统的空间增益和时间增益；DT为检测阈。作为上述方法的一种改进，所述基于声场分析推算传播损失；具体包括：步骤2-1)在一个探测方向j上，j∈{x|x＝k·Δ,k＝1,2…K},上，其中，Δ是预置的角度常数，按照传播损失值的位置与岸基声纳的距离由近到远排列，依次获取探测方向j上的传播损失值：l1,l2,…,ln；其中n为传播损失值的个数，与所选取的距离有关；步骤2-2)选取平滑窗的宽度为w，则平滑后的第i个传播损失值为：则在探测方向j上平滑的传播损失作为上述方法的一种改进，所述通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；具体为：对于每个探测方向，选取与FOM值差别最小的该方向上的平滑后的传播损失值，其对应的探测距离作为该探测方向上的声纳探测距离d；所述探测范围以数据对<角度，探测距离>的形式表示为(φ,d)，其中φ表示角度，范围为[0°,360°]；以岸基声纳的正北方向为0°，顺时针方向增长。作为上述方法的一种改进，所述基于抛物线差值的探测范围曲线平滑方法，生成封闭的岸基声纳探测能力圈曲线并进行显示，具体包括：步骤4-1)建立一个直角坐标系OXY，以岸基声纳为坐标原点，横轴OX表示为90°方向，纵轴OY表示0°方向；数据对(φ,d)在坐标系OXY表示为(x,y)：步骤4-2)对坐标系OXY中的不规则图形分块，对每块数据进行二次插值后会得到一个二次曲线；由此得到多段二次曲线；步骤4-3)对多段二次曲线进行拟合得到封闭的水声岸站探测能力圈曲线，然后进行显示。作为上述方法的一种改进，所述步骤4-2)具体包括：步骤4-2-1)以横轴和纵轴为界，把不规则图形分为四块；步骤4-2-2)在每块数据中均匀的选取三个点(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)；根据抛物线插值的方法，找到一个不超过二次函数y＝L(x)，使得L(x)满足条件：L(x0)＝y0，L(x1)＝y1，L(x2)＝y2。其中，L(x)的形式如下L(x)＝a0+a1x+a2x2，根据抛物线插值算法得下式：求解式中二次多项式系数a0，a1，a2，得到y＝L(x)的二次曲线。本专利技术还提供了一种声纳不规则探测范围显示系统，所述系统包括：优质因素计算模块，用于基于被动声纳方程计算岸基声纳的优质因素；传播损失计算模块，用于基于声场分析推算传播损失；探测范围确定模块，用于通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；和探测能力圈显示模块，用于基于抛物线差值的探测范围曲线平滑方法，生成封闭的岸基声纳探测能力圈曲线并进行显示。本专利技术的优势在于：本专利技术面向工程应用，针对岸基声纳在不同方向上具备不同的探测能力问题，设计不规则探测范围显示方法和系统；具备简单易用、清晰明了、实用性强与适用范围广的特点。附图说明图1为本专利技术的平滑前固定深度下不同距离上的传播损失曲线图；图2为本专利技术的平滑后固定深度下不同距离上的传播损失曲线图；图3为本专利技术的不规则探测区域坐标系；图4为本专利技术的岸基声纳不规则探测范围显示效果图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术提出的方法进行详细描述。实施例1本专利技术的实施例1提供了一种声纳不规则探测范围显示方法，包括：第一步，根据被动声纳方程，计算岸基声纳的优质因素FOM：FOM＝SL-NL+GS+GT-DT其中，SL指的目标辐射噪声源级；NL表示环境噪声级；GS和GT分别表示声纳系统的空间增益和时间增益；DT表示识别系数，又称为检测阈。(1)声源级SLSL＝60lgv+9lgTp-20lgfp+20lgDp+35其中v为目标航速，单位节，Tp为目标排水量，单位吨，fp为频率，单位kHz，Dp为目标距离岸基声纳的距离，单位码。(2)环境噪声级NL大风大浪的恶劣条件使海洋环境噪声明显增大，从而显著降低声纳的检测性能。作为衡量海洋环境好坏的参数，海况等级按照从好至坏通常分为0～9级。作为声纳参数的海洋环境噪声级，可用经验模型进行测算。以海况和频率为参数的海洋环境噪声级，浅海噪声谱级NL的近似计算公式为：NL＝10lgf-1.7+6S+55式中f为频率(KHz)，S为海况等级，S＝0,1,2,...,9。以风级和频率为参数的海洋环境噪声级，浅海环境噪声平均功率谱SN(f)的经验公式为：一级风：SN(f)＝-14.2lgf+96.3dB二级风：SN(f)＝-14.4lgf+97.8dB三级风：SN(f)＝-13.1lgf+98.3dB四级风：SN(f)＝-13.1lgf+100.6dB五级风：SN(f)＝-12.8lgf+103.1dB六级风：SN(f)＝-13.0lgf+107.2dB七级风：SN(f)＝-14.4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声纳不规则探测范围显示方法，所述方法包括：基于被动声纳方程计算岸基声纳的优质因素；基于声场分析推算传播损失；通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；基于抛物线差值的探测范围曲线平滑方法，生成封闭的岸基声纳探测能力圈曲线并进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种声纳不规则探测范围显示方法，所述方法包括：基于被动声纳方程计算岸基声纳的优质因素；基于声场分析推算传播损失；通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；基于抛物线差值的探测范围曲线平滑方法，生成封闭的岸基声纳探测能力圈曲线并进行显示。2.根据权利要求1所述的声纳不规则探测范围显示方法，其特征在于，所述岸基声纳的优质因素的计算公式为：FOM＝SL-NL+GS+GT-DT其中，FOM为岸基声纳的优质因素；SL为目标辐射噪声源级；NL为环境噪声级；GS和GT分别表示声纳系统的空间增益和时间增益；DT为检测阈。3.根据权利要求2所述的声纳不规则探测范围显示方法，其特征在于，所述基于声场分析推算传播损失；具体包括：步骤2-1)在一个探测方向j上，j∈{x|x＝k·Δ,k＝1,2…K},上，其中，Δ是预置的角度常数，按照传播损失值的位置与岸基声纳的距离由近到远排列，依次获取探测方向j上的传播损失值：l1,l2,...,ln；其中n为传播损失值的个数，与所选取的距离有关；步骤2-2)选取平滑窗的宽度为w，则平滑后的第i个传播损失值为：则在探测方向j上平滑的传播损失4.根据权利要求3所述的声纳不规则探测范围显示方法，其特征在于，所述通过优质因素与传播损失相等的关系，获取若干个探测方向上的岸基声纳作用距离，从而确定岸基声纳探测范围；具体为：对于每个探测方向，选取与FOM值差别最小的该方向上的平滑后的传播损失值，其对应的探测距离作为该探测方向上的声纳探测距离d；所述探测范围以数据对<角度，探测距离>的形式表示为(φ,d)，其中φ表示角度，范围为[0°,360°]；以岸基声纳的正北方...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞虎，刘轩羽，高善国，张扬帆，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11