非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法及系统，包括如下步骤：步骤S1：获得非刚性目标的散射声场；步骤S2：根据散射声场预报非刚性目标声散射微多普勒特征。本发明专利技术适用于非刚性运动目标的声散射仿真，使物理声学方法可用于分析非刚性运动目标声散射微动特性；与传统方法相比，本发明专利技术能够精确的对非刚性目标运动过程中产生的微多普勒特性进行仿真，从而为非刚性运动目标特性的分析提供了有效方法；应用本发明专利技术可以比传统方法更好的分析非刚性目标运动过程中引起的微动特性，尤其是微多普勒特性，从而为主动声纳对非刚性目标的探测识别提供支撑。目标的探测识别提供支撑。目标的探测识别提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法及系统


[0001]本专利技术涉及水下目标特性仿真的
，具体地，涉及一种非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法及系统。

技术介绍

[0002]水声目标识别技术作为水下探测领域的关键技术，其核心是目标声散射特征的分析和提取。研究目标声散射特征提取方法主要是数值仿真和试验，相比于试验，数值仿真成本低、重复性好，预报精度取决于预报方法以及数值模型的准确性。近几年来，数值仿真技术已成为诸多工程领域广泛采用的方法。
[0003]对于水下复杂目标高频声散射预报方向，受计算效率、存储空间限制，有限元、有限时域差分等数值方法无能为力。基于物理声学的Kirchhoff近似是目前工程界解决复杂目标高频声散射问题最为普遍的方法(例如参考文献[4])。该方法以表面导纳或者反射系数近似计算表面声压、避免了直接求解表面亥姆霍兹积分方程，大幅提高了计算速度，适用于网格数量高达数十万、甚至数百万规模的快速计算。
[0004]对于潜器、UUV等依靠螺旋桨结构推进的水下目标来说，其在航行过程中外形基本不发生变化，属于刚性目标，无需考虑外形改变对散射声场的影响。UUV英文全称为Unmanned underwater vehicle，中文译文为无人潜航器。
[0005]参考文献：[1]范军,汤渭霖.声呐目标强度(TS)计算的板块元方法[C]//中国声学学会1999年青年学术会议[CYCA'99]论文集.1999.。
[0006][2]王喜龙,张琳琳.声呐目标回声特性预报的板块元方法[J].科技展望,2016,26(13).。
[0007][3]K.Lee and W.Seong.Time
‑
domain Kirchhoff model for acoustic scattering from an impedance polygon facet[J].J.Acoust.Soc.Am.2009,126(1):EL14
‑
EL21.。
[0008][4]A.T.Abawi.Kirchhoff scattering from non
‑
penetrable targets modeled as an assembly of triangular facets[J].J.Acoust.Soc.Am.2016,140(3):1878
‑
1886.。
[0009]公开号为CN113359137A的中国专利技术专利文献公开了一种基于周期结构声散射共振特征的水中目标声标识方法，设计具有周期性分布结构，利用短脉冲线性调频信号激发周期结构，将回波信号与参考信号进行卷积包络处理得到声目标强度，根据Bragg散射原理将方位角坐标轴进行变换得到声目标强度的倒梯形状彩图，使几何散射相位干涉条纹呈竖状表达，通过频域方向能量积分提取共振峰，建立共振峰位置与二进制符号的对应关系形成声学条形码，完成声学标识，并根据Bragg散射原理解码得到结构周期。
[0010]针对上述中的相关技术，专利技术人认为蛙人、水生生物等依靠身体摆动前进的目标则属于非刚性目标，此类目标运动过程中各部分以非匀速运动为主，且外形随时间规律性变化，对于非刚性目标传统的声散射特性分析方法已不足以描述目标运动时散射声场中蕴
含的微多普勒特征。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法及系统。
[0012]根据本专利技术提供的一种非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法，包括如下步骤：
[0013]步骤S1：获得非刚性目标的散射声场；
[0014]步骤S2：根据散射声场预报非刚性目标声散射微多普勒特征。
[0015]优选的，所述步骤S1包括如下步骤：
[0016]信息获取步骤：根据非刚性目标的外形和运动规律建立运动目标模型，从收发装置与目标的相对位置得到接收发射位置信息，对运动目标模型进行网格剖分和提取动网格，得到非刚性目标每个部位的网格信息和速度矢量；
[0017]入射波频响函数获取步骤：根据信息获取步骤中的速度矢量和接收发射位置信息，对静止空间中的入射信号变换得到运动空间中的入射信号，对运动空间中的入射信号变换得到运动空间中的入射波频响函数；
[0018]散射声场频响函数获取步骤：根据信息获取步骤中的网格信息，得到运动空间中的每个网格的散射声场冲击响应函数，并根据运动空间中的散射声场冲击响应函数得到运动空间中的散射声场频响函数；
[0019]散射声场时域回波获取步骤：将运动空间中的入射波频响函数和运动空间中的散射声场频响函数得到运动空间中的散射声场的回波谱数，将运动空间中的散射声场的回波谱数变换得到运动空间中的散射声场时域回波；
[0020]总散射声场获取步骤：对运动空间中的散射声场时域回波变换得到静止空间中的散射声场，根据运动空间中和静止空间中的每个网格的散射声场累加得到总散射声场。
[0021]优选的，在所述入射波频响函数获取步骤中，静止空间中的入射信号s(t)，其中t为静止空间中的时间量；使用洛伦兹变换得到运动空间中的入射信号s
′
(t
′
)，其中t
′
为运动空间中的时间量；对运动空间中的入射信号s
′
(t
′
)使用傅立叶变换得到运动空间中的入射波频响函数S
′
(f
′
)，其中f
′
为运动空间中的频率量。
[0022]优选的，在所述入射波频响函数获取步骤中，运动空间中的t
′
和静止空间中的t的关系是：
[0023][0024]其中，v表示网格运动速度矢量与网格中心点到接收发射单位矢量的乘积，c表示水中声速。
[0025]优选的，在所述散射声场频响函数获取步骤中，根据运动空间中的每个网格的散射声场冲击响应函数h
′
(τ
′
)使用傅立叶变换得到运动空间中的散射声场频响函数H
′
(f
′
)，τ
′
表示系统冲激响应函数里的时间变量；
[0026]运动空间中的每个网格的散射声场冲击响应函数h
′
(τ
′
)和运动空间中的散射声
场频响函数H
′
(f
′
)的关系为：
[0027][0028]其中，e表示自然指数，i表示虚数。
[0029]优选的，在所述散射声场时域回波获取步骤中，运动空间中的散射声场的回波谱数Y
′
(f
′
)使用傅立叶反变换得到运动空间中的散射声场时域回波y
′
(t
′
)；
[0030]运动空间中的散射声场的回波谱数Y
′
(f
′
)和运动空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获得非刚性目标的散射声场；步骤S2：根据散射声场预报非刚性目标声散射微多普勒特征。2.根据权利要求1所述的非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：信息获取步骤：根据非刚性目标的外形和运动规律建立运动目标模型，从收发装置与目标的相对位置得到接收发射位置信息，对运动目标模型进行网格剖分和提取动网格，得到非刚性目标每个部位的网格信息和速度矢量；入射波频响函数获取步骤：根据信息获取步骤中的速度矢量和接收发射位置信息，对静止空间中的入射信号变换得到运动空间中的入射信号，对运动空间中的入射信号变换得到运动空间中的入射波频响函数；散射声场频响函数获取步骤：根据信息获取步骤中的网格信息，得到运动空间中的每个网格的散射声场冲击响应函数，并根据运动空间中的散射声场冲击响应函数得到运动空间中的散射声场频响函数；散射声场时域回波获取步骤：将运动空间中的入射波频响函数和运动空间中的散射声场频响函数得到运动空间中的散射声场的回波谱数，将运动空间中的散射声场的回波谱数变换得到运动空间中的散射声场时域回波；总散射声场获取步骤：对运动空间中的散射声场时域回波变换得到静止空间中的散射声场，根据运动空间中和静止空间中的每个网格的散射声场累加得到总散射声场。3.根据权利要求2所述的非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法，其特征在于，在所述入射波频响函数获取步骤中，静止空间中的入射信号s(t)，其中t为静止空间中的时间量；使用洛伦兹变换得到运动空间中的入射信号s
′
(t
′
)，其中t
′
为运动空间中的时间量；对运动空间中的入射信号s
′
(t
′
)使用傅立叶变换得到运动空间中的入射波频响函数S
′
(f
′
)，其中f
′
为运动空间中的频率量。4.根据权利要求3所述的非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法，其特征在于，在所述入射波频响函数获取步骤中，运动空间中的t
′
和静止空间中的t的关系是：其中，v表示网格运动速度矢量与网格中心点到接收发射单位矢量的乘积，c表示水中声速。5.根据权利要求2所述的非刚性目标声散射微多普勒特征预报方法，其特征在于，在所述散射声场频响函数获取步骤中，根据运动空间中的每个网格的散射声场冲击响应函数h
′
(τ
′
)使用傅立叶变换得到运动空间中的散射声场频响函数H
′
(f
′
)，τ
′
表示系统冲激响应函数里的时间变量；运动空间中的每个网格的散射声场冲击响应函数h
′
(τ
′
)和运动空间中的散射声场频响函数H
′
(f
′
)的关系为：其中，e表示自然指数，i表示虚数。
6.根据权利要求1所述的非刚性目标声散射微多普勒特征预报...

【专利技术属性】
技术研发人员：童韫哲，杨天霖，赵智姗，王晓，
申请(专利权)人：上海船舶电子设备研究所中国船舶重工集团公司第七二六研究所，
类型：发明
国别省市：