一种基于射线理论的声线计算方法技术

本发明专利技术涉及水声技术领域，特别涉及一种基于射线理论的声线计算方法，包括如下步骤：步骤一、读取数据；读取声速梯度仪采集的声速c与水深h一一对应的数据；步骤二、给定初始的参数；给定初始开角θ1，俯仰角θ2，声源深度h

【技术实现步骤摘要】
一种基于射线理论的声线计算方法


[0001]本专利技术涉及水声
，特别涉及一种基于射线理论的声线计算方法。

技术介绍

[0002]在水下小目标探测中，为了充分发挥声纳的作战效能，一般都需要根据水文条件实时的估计声场分布，快速准确的水下声场估计是水下武器和装备的自导性能准确估计、攻击方案制定等的重要参考信息。
[0003]水下探测主要以声波为载体，如果介质均匀，则声波以直线方式传播，但是作为水声探测的介质，海洋湖泊河流等自然水域中水的温度、密度、盐度等参数都是不均匀的，因此导致这些水域中声速的传播是不均匀的。根据自然水域的特性，某一时刻某一区域的声速近似地看作是水深的函数，也就是说声速仅随深度而变化，声速是深度的函数，声速在同一水深的平面层上相等的。
[0004]传统方法基于BELLHOP声场计算软件成为声场标准计算软件，其计算的准确性得到了充分检验。但是其在调用函数计算的过程中所需的数据量非常大，从而造成计算速度很慢。本专利技术提出的基于射线理论的声线计算方法，能够快速准确的计算出声场分布，并且计算量小，精度高，便于修改各种参数信息，为作战系统提供重要参考信息。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术公开一种基于射线理论的声线计算方法，本专利技术继承了BELLHOP声场计算软件准确性的优点，并且计算量小，精度高，便于修改各种参数信息，对于分析水文环境提供了依据，为作战系统提供了重要参考信息。
[0006]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种基于射线理论的声线计算方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一、读取数据；
[0009]读取声速梯度仪采集的声速c与水深h一一对应的数据；
[0010]步骤二、给定初始的参数；
[0011]给定初始开角θ1，俯仰角θ2，声源深度h
s
，设置声线数量N，量程R，并对深度值进行小尺度的网格划分，以保证每个网格内部的声速能够视为常数处理；
[0012]步骤三、计算声线水平距离增量；
[0013]首先判断声波初始出射角的方向，当c0＝c1＝
…
＝c
n
时，声线轨迹是一条直线，此时声线传播的水平距离的计算公式如下：
[0014][0015][0016]其中c0是声源处的声速，c1是第一层的声速，c
n
是第n层的声速，x
i+1
表示声线在第i+1层中的水平距离，x
i
表示声线在第i层中的水平距离，y
i+1
表示第i+1层的垂直深度，y
i
表示第i层的垂直深度，c
i
表示第i层的声速，θ0表示声源处的俯仰角，θ1表示第一层的俯仰角，θ
n
表示第n层的俯仰角；
[0017]当声线为非直线传播时，按照初始开角θ1，声线数量N，俯仰角θ2，计算第m条声线的初始角度x
s
为：
[0018][0019]若x
s
<0，则声线出射角向下传播；若x
s
>0，则声线出射角向上传播，并且声线在第i+1层中的水平距离增量为：
[0020][0021][0022]其中k、c
i
、c
i+1
、y
i+1
和y
i
的定义同上所述，g
i
表示第i层的声速梯度；
[0023]当c
i+1
≥k时，声线开始转向，在转向点前后行程一样，仅是符号相反；声线在海面、海底的反射点前后，其行程也是一样，仅是符号相反；
[0024]转向点处水平距离增量为：
[0025][0026]步骤四、判断水平距离增量是否达到量程边界；
[0027]当水平距离增量没有达到量程边界时，重复步骤三，否则退出。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术属于水声领域，尤其涉及一种基于射线理论的声线计算方法。该方法将射线理论应用到声场中，用来计算声线。本专利技术保证了声线计算的速度、提高了声线的计算精度，对于分析水文环境提供了依据，并为声纳的探测和识别提供了支撑。同时在不损失精度的同时，具有快速计算能力，结构简单、易于实现的优点。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例的方法流程图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]如图1所示：本实施例公开了一种基于射线理论的声线计算方法，包括如下步骤：
[0034]步骤一、读取数据；
[0035]读取声速梯度仪采集的声速c与水深h一一对应的数据；
[0036]步骤二、给定初始的参数；
[0037]给定初始开角θ1，俯仰角θ2，声源深度h
s
，设置声线数量N，量程R，并对深度值进行小尺度的网格划分，以保证每个网格内部的声速能够视为常数处理；
[0038]步骤三、计算声线水平距离增量；
[0039]首先判断声波初始出射角的方向，当c0＝c1＝
…
＝c
n
时，声线轨迹是一条直线，此时声线传播的水平距离的计算公式如下：
[0040][0041][0042]其中c0是声源处的声速，c1是第一层的声速，c
n
是第n层的声速，x
i+1
表示声线在第i+1层中的水平距离，x
i
表示声线在第i层中的水平距离，y
i+1
表示第i+1层的垂直深度，y
i
表示第i层的垂直深度，c
i
表示第i层的声速，θ0表示声源处的俯仰角，θ1表示第一层的俯仰角，θ
n
表示第n层的俯仰角；
[0043]当声线为非直线传播时，按照初始开角θ1，声线数量N，俯仰角θ2，计算第m条声线的初始角度x
s
为：
[0044][0045]若x
s
<0，则声线出射角向下传播；若x
s
>0，则声线出射角向上传播，并且声线在第i+1层中的水平距离增量为：
[0046][0047][0048]其中k、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于射线理论的声线计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、读取数据；读取声速梯度仪采集的声速c与水深h一一对应的数据；步骤二、给定初始的参数；给定初始开角θ1，俯仰角θ2，声源深度h
s
，设置声线数量N，量程R，并对深度值进行小尺度的网格划分，以保证每个网格内部的声速能够视为常数处理；步骤三、计算声线水平距离增量；步骤四、判断水平距离增量是否达到量程边界；当水平距离增量没有达到量程边界时，重复步骤三，否则退出。2.如权利要求1所述的一种基于射线理论的声线计算方法，其特征在于，所述步骤三中包括：首先判断声波初始出射角的方向，当c0＝c1＝
…
＝c
n
时，声线轨迹是一条直线，此时声线传播的水平距离的计算公式如下：线传播的水平距离的计算公式如下：其中c0是声源处的声速，c1是第一层的声速，c
n
是第n层的声速，x
i+1
表示声线在第i+1层中的水平距离，x
i
表示声线在第i层中的水平距离，y
i+1
表示第i+1层的垂直深度，y
i
表示第i层的垂直深度，c...

【专利技术属性】
技术研发人员：王升凤，夏梦月，徐天柏，
申请(专利权)人：海鹰企业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：