一种水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法技术

本发明专利技术提供一种水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法，包括确定水下航行体几何模型参数、确定特定入射角度下时域声波信息并转化为入射频域信号、确定入射点和接收点的坐标、评估水下航行体外壳在该入射角度和指定接收角度下不同频率时的反射系数和透射系数、根据水下航行体的壳体形式建立模型计算目标频域传递函数；处理目标频域传递函数与入射频域信号得到水下航行体收发分置时频分布特性，并与指标要求进行对比得出评估结论。本发明专利技术只需要输入水下航行体几何模型、材料参数和入射信号，提高了水下航行体总体方案收发分置时频分布特性评估结果的合理性和准确性。置时频分布特性评估结果的合理性和准确性。置时频分布特性评估结果的合理性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法


[0001]本专利技术涉及水下航行体声隐身论证和评估
，尤其涉及一种适用于水下航行体收发分置时频分布特性仿真评估的方法。

技术介绍

[0002]目前，国内外针对水下航行体收发分置时频分布特性评估的方法尚未建立基于定量计算或仿真的分析方法。在水下航行体总体方案设计阶段，水下航行体总体方案设计成果包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、型线图、基本结构图、总布置图、附体结构图等文件和图纸资料，与水下航行体总体方案相关的水下航行体内外壳结构、基座结构和舷间结构等形式、尺寸、壳体厚度等参数信息已初步明确，因此，以这些参数和入射信号为输入建立一种水下航行体总体方案收发分置时频分布特性仿真评估方法，实现对水下航行体总体方案时频分布特性指标实现风险定量评估，对于水下航行体声隐身技术具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：在总体方案设计阶段，根据水下航行体总体设计方案，利用Kirchhoff近似，以某角度收发分置目标特性数据和入射信号为输入，评估时频分布特性，并与指标要求对比，实现对时频分布特性指标可达性风险评估。
[0004]技术方案:一种水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1.分析水下航行体总体方案设计成果并梳理结构建模参数建立几何仿真模型；
[0006]分析水下航行体总体方案设计成果，包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、型线图、基本结构图、总布置图等文件和图纸资料，与水下航行体总体方案相关的水下航行体内外壳结构等形式、尺寸、壳体厚度等参数；根据相关数据参数，采用三维建模方法建立水下航行体结构实尺度几何仿真模型，该几何仿真模型包括内外壳体形式、结构、尺寸等；该几何仿真模型不需建立成含厚度参数的实体模型，只需建立成壳模型，且优选将坐标原点调整为所述几何仿真模型的几何声中心。对于未明确厚度参数的结构，参照标准水下航行体的相关参数取值。
[0007]步骤2.确定入射角度下时域声波信息，并将入射时域声波信息转换为入射频域信号；
[0008]入射时域声波信息包括：设定入射时域脉冲信号种类、频率和脉宽、采样频率以及发射间隔，从而获得入射时域声波信号，对于该角度下的确定时域声波信息入射信号x(t)，通过傅里叶变换变成频域信号X(f)；
[0009]步骤3.建立坐标系确定入射和接收角度的坐标并采用水平方位角对入射点和接收点与水下航行体的等效几何声学中心之间距离进行描述；
[0010]用坐标的形式，以水下航行体的等效几何中心为原点建立坐标系，用水平方位角在水平面上表示入射点和接收点的坐标；发射点和接收点必须同时满足远场条件，即观察点距水下航行体等效几何声中心的距离r不小于水下航行体总长L的平方与声波长λ的比值；入射声波为点声源，在远场条件下，到达目标位置时近似为平面波；散射声波视为水下航行体壳体的二次辐射。
[0011]步骤4.根据水下航行体的外壳壁厚、材料，评估水下航行体外壳在不同频率、指定的入射角度和接收角下的反射系数和透射系数；
[0012]一般水下航形体的结构多为单壳体或者双层壳体结构，其反射系数和透射系数可以归结为分层弹性介质声传播理论，对于任一层介质，把声波势函数可以定义成纵波势函数和弯曲波势函数表达的形式对相邻两层的介质的声压，进而推导出声反射和声透射系数；
[0013]步骤5.根据水下航行体的壳体形式，即单壳体结构或双壳体结构两种形式，以及外壳反射系数和透射系数，建立目标频域传递函数总体评估模型，计算出目标频域传递函数；
[0014]步骤5.1建立水下航行体结构板块元仿真评估模型；将水下航行体结构实际尺度几何模型的内外壳体分别剖分三角形面网格，并导出三角形面网格的拓扑信息和节点信息，分别保存；
[0015]步骤5.2读取节点信息和三角形面网格文件，分别绘制水下航行体内外壳的网格模型，在设定初始入射点和接收点后，检查三角形面网格的法向，保证三角形面网格的法向朝向水下航行体外部；
[0016]步骤5.3建立水下航行体壳体声散射模型，并表示为面元求和的形式，对于双层壳体结构，将水下航行体的外壳视为钢质弹性薄壳，考虑声波的反射和透射；同时经过外壳透射到内壳的声波再经过透射，再次穿过外壳，与外壳的一次反射一起被接收点接收到，最终计算出该角度下的入射频域信号频段内所有面元散射贡献的总和，即该角度下的目标频域传递函数；
[0017]步骤6.将目标频域传递函数与入射频域信号进行处理得到水下航行体收发分置时频分布特性；
[0018]将目标频域传递函数与入射频域信号点乘，得到频域下的回波，最后，通过对频域下的回波进行傅立叶逆变换，得到水下航行体收发分置时频分布特性；以时刻声压幅值曲线作为收水下航行体收发分置时频分布特性评估指标。
[0019]步骤7.将步骤6评估计算得到的收发分置时频分布特性与指标要求进行对比，得到水下航行体收发分置时频分布特性指标评估结论。
[0020]按照评估指标体系要求，根据500Hz、1kHz、3kHz、5kHz、10kHz等评估关注频率,计算在某角度入射，另一角度接收时对应的水下航行体收发分置时频分布特性，以时刻声压幅值曲线与设计指标进行对比分析，研判指标可达性风险。
[0021]本专利技术提供了一种方案设计阶段水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法，可根据水下航行体总体设计方案，利用Kirchhoff近似，本专利技术以水下航行体几何模型、材料参数和入射信号作为输入，评估某角度下收发分置时频分布特性，并与指标要求对比,实现收发分置时频分布特性指标风险评估的方法。该评估方法主要包括分析水下航
行体总体方案设计成果并梳理结构建模参数建立几何仿真模型、确定入射频域(声波)信号、建立坐标系确定入射和接收角度的坐标、评估水下航行体外壳在不同频率、指定的入射角度和接收角下的反射系数和透射系数、建立目标频域传递函数总体评估模型并计算出目标频域传递函数、将目标频域传递函数与入射频域信号进行处理得到水下航行体收发分置时频分布特性六个步骤。该方法能够实现收发分置时频分布特性的计算，具有计算速度快、评估结果可靠等优点，并可广泛应用于水下航行体、水下无人潜航器、鱼雷等水下武器目标的评估及设计领域。
[0022]有益效果：本专利技术方法合理易行，克服了目前水下航行体收发分置时频分布特性评估中的不确定性，可实现对单双壳体水下航行体收发分置时频分布特性的定量仿真计算，并通过指标要求对比得到实现收发分置时频分布特性指标风险大小的评估结论，相对于目前收发分置时频分布特性评估方法，可大大提高水下航行体总体方案收发分置时频分布特性评估结果的合理性和准确性。
[0023]本专利技术所述的适用于水下航行体总体方案设计阶段进行的总体方案收发分置时频分布特性评估方法，能够根据水下航行体总体设计方案，以水下航行体几何模型、材料参数和入射信号作为输入，评估收发分置时频分布特性，与收发分置时频分布特性指标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、根据水下航行体总体方案设计成果及结构建模参数，确定水下航行体几何模型的总长度、壳体形式、壳体壁厚、材料参数以及水下航行体几何模型的坐标原点，并将该坐标原点定义为水下航行体的等效几何声学中心；步骤2、确定某一特定入射角度下时域声波信息，通过傅里叶变换为入射频域信号；步骤3、确定入射和接收角度的坐标并采用水平方位角对入射点、接收点与水下航行体的等效几何声学中心之间距离进行描述；步骤4、根据水下航行体的外壳壁厚、材料，评估水下航行体外壳在不同频率、指定的入射角度和接收角下的反射系数和透射系数；步骤5、根据水下航行体的壳体形式，外壳反射系数和透射系数，建立入射角度入射、接收角度接收的目标频域传递函数总体评估模型，计算出目标频域传递函数；步骤6、将该角度的目标频域传递函数与入射频域信号点乘，得到频域下的回波，最后，通过对频域下的回波进行傅立叶逆变换，得到水下航行体收发分置时频分布特性；步骤7、将步骤6评估计算得到的收发分置时频分布特性与指标要求进行对比，得到水下航行体收发分置时频分布特性评估结论。2.根据权利要求1所述的水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法，其特征在于，步骤1中水下航行体总体方案设计成果及结构建模参数是与水下航行体总体方案相关的水下航行体内外壳结构形式、尺寸、壳体厚度参数，包括总体方案设计说明书、基本结构设计说明书、型线图、基本结构图、总布置图。3.根据权利要求1所述的水下航行体收发分置时域时频分布特性仿真评估方法，其特征在于，步骤2中设定入射时域声波信息包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宇航，王雪仁，高晟耀，张艳涛，杨佩，寻波，彭子龙，宋昊，李海超，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二五七八部队，
类型：发明
国别省市：