一种水下航行体收发合置回声亮点位置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合置回声亮点位置特性仿真评估方法，包括：参数确定，建立几模型并剖分其三角形面网格，导出网格信息；在坐标系中描述声波入射参数，评估在不同频率下各角度的反射系数；建立水下航行体声散射模型，仿真计算得到水下航行体收发合置亮点位置特性；并与指标要求进行对比，得到水下航行体收发合置亮点位置特性指标评估结论。本发明专利技术经定量仿真计算，能准确、充分地描述不同态势下水下航行体亮点位置特性，可广泛应用于水下航行体、水下无人潜航器、鱼雷等水下武器收发合置亮点位置特性的评估及设计领域。发合置亮点位置特性的评估及设计领域。发合置亮点位置特性的评估及设计领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水下航行体收发合置回声亮点位置特性仿真评估方法


[0001]本专利技术涉及水下航行体声学论证和评估
，尤其涉及一种适用于水下航行体收发合置回声亮点位置特性评估的方法。

技术介绍

[0002]精细化水下目标特性研究是现代水下目标探测、追踪等发展的重要课题，对于水下航行体亮点位置仿真计算的精度对于自导系统算法设计及工作性能仿真评估的准确程度有较大影响。基于几何划分的部件法亮点模型是现阶段亮点位置仿真中常用的仿真模型，这种建模方法主要利用等间距排列的亮点将目标的尺寸形体简单的表现出来，而未能准确、充分地描述不同态势下的目标声散射特性及亮点分布情况。通过已有的实际水下航行体目标回波特性实验研究可知，水下航行体目标在不同态势下声散射特性波动较大，由此引起的亮点变化也较为明显。本专利以散射声场理论及Kirchhoff近似原理为理论基础，提出了一种水下航行体收发合置回声亮点位置特性仿真评估方法。
[0003]在与水下航行体总体设计方案相关的水下航行体壳体结构形式、尺寸、壳体厚度等参数信息已初步明确的情况下，以这些参数和入射声波信号为输入建立一种水下航行体总体方案收发合置回声亮点位置特性评估，实现对水下航行体收发合置亮点位置特性的评估，能准确、充分地描述不同态势下水下航行体亮点位置特性，并可广泛应用于水下航行体、水下无人潜航器、鱼雷等水下武器收发合置亮点位置特性的评估及设计领域。

技术实现思路

[0004]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近似原理，以水下航行体几何模型、材料参数和入射声波信息作为输入，评估水下航行体收发合置回声亮点位置特性，实现对总体方案亮点位置特性的评估。
[0005]技术方案:一种水下航行体收发合置回声亮点位置特性，包括以下6个步骤。
[0006]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，主要包括：
[0007]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壳体结构形式、尺寸、壳体厚度等参数，且优选将坐标原点调整为所述几何仿真模型的等效几何声学中心；
[0008]步骤2.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；几何仿真模型只考虑水下航行体外壳结构，且不需建立成含厚度参数的实体模型，只需建立成壳模型，将水下航行体几何模型的外壳剖分三角形面网格，并导出三角形面网格的拓扑信息和节点信息，分别保存；
[0009]步骤3.确定声波入射角度与入射声波频率，建立坐标系确定入射/接收角度的坐标并采用水平方位角、俯仰角以及入射/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，主要包括：
[0010]以水下航行体的等效声学几何中心为原点建立坐标系，用水平方位角、俯仰角以及距离计算入射点和接收点的坐标；其中发射/接受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学中心的距离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.根据水下航行体外壳壁厚、材料，评估水下航行体外壳在不同频率不同入射角度下的反射系数，主要包括：
[0012]一般对于水下航行体外壳反射系数的确定，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，进而推导出声反射系数；
[0013]步骤5.根据水下航行体几何模型，剖分其面元网格，结合外壳反射系数，基于Kirchhoff原理，建立水下航行体声散射模型，计算得到水下航行体收发合置亮点位置特性，主要包括：
[0014]步骤5.1读取节点信息和三角形面网格文件，绘制水下航行体外壳的网格模型，在设定初始入射/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；
[0015]步骤5.2基于Kirchhoff原理，建立水下航行体声散射模型，计算出所有面元的刚性散射回波结果再乘以对应入射角度和频率的反射系数，得到壳体各面元散射回波强度，将各面源回波强度幅值的大小用不同的颜色表示在水下航行体的网格模型上，最终得到一种水下航行体收发合置回声亮点位置特性；
[0016]步骤6.将步骤5仿真计算得到的收发合置回声亮点位置特性与指标要求进行对比，得到水下航行体收发合置亮点位置特性评估结论，主要包括：
[0017]按照评估指标体系要求，针对评估关注频率，计算在典型水平方位角对应的水下航行体收发合置回声亮点位置特性，与水下航行体收发合置亮点指标进行对比分析，研判指标可达性风险。
[0018]本专利技术提供了一种水下航行体收发合置回声亮点位置特性仿真评估方法，可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，利用Kirchhoff近似，评估收发合置回声亮点位置特性，并与指标要求对比，对总体方案实现收发合置回声亮点位置特性指标风险评估的方法。该评估方法主要包括：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，并确定等效几何声学中心；2.根据几何参数和材料参数建立水下航行体几何模型；3.确定声波入射角度、入射频率信息，建立坐标系确定全入射/接收角度的坐标；4.仿真计算水下航行体外壳在不同频率各角度下的反射系数；5.基于Kirchhoff近似原理，建立水下航行体声散射模型，计算得到水下航行体收发合置回声亮点位置特性；6.将仿真计算得到的收发合置回声亮点位置特性与指标要求进行对比，得到水下航行体收发合置回声亮点位置特性指标评估结论共六个步骤。该方法能够实现收发合置回声亮点位置特性的计算，能准确、充分地描述不同态势下水下航行体收发合置亮点位置特性，并可广泛应用于水下航行体、水下无人潜航器、鱼雷等水下武器收发合置亮点位置特性的评估及设计领域。
[0019]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合置回声亮点位置
特性评估中采用几何划分的部件法亮点模型所得结论的不确定性，可实现对水下航行体收发合置回声亮点位置特性的定量仿真计算，能准确、充分地描述不同态势下水下航行体亮点位置特性，并可广泛应用于水下航行体、水下无人潜航器、鱼雷等水下武器收发合置亮点位置特性的评估及设计领域。通过将仿真结果与指标要求对比实现收发合置回声亮点位置特性指标风险大小的评估结论，相对现有方法，可大大提高水下航行体收发合置回声亮点位置特性评估结果的合理性、准确性和时效性。
附图说明
[0020]图1是本专利技术所述水下航行体收发合置回声亮点位置特性的一优选实施例中的Benchmark水下航行体的几何模型示意图；
[0021]图2是图1所示实施例中Benchmark水下航行体外壳网格示意图；
[0022]图3是图1所示实施例中Benchmark水下航行体外壳网格法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下航行体收发合置回声亮点位置特性仿真评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1. 根据水下航行体总体设计方案，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. 只考虑水下航行体结构中的外壳结构，建立水下航行体几何模型；对水下航行体几何模型剖分三角形面网格，并导出网格的拓扑信息和节点信息；步骤3. 确定入射声波角度与入射声波频率，根据步骤1确定的等效几何声学中心，确定入射/接收角度的坐标并采用水平方位角和入射/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、材料参数，评估水下航行体外壳在不同频率各角度下的反射系数；步骤5. 读取步骤2当中的网格信息，结合步骤4中的外壳反射系数，基于Kirchhoff近似原理，建立水下航行体声散射模型，计算得到水下航行体收发合置亮点位置特性；步骤6. 将步骤5仿真计算得到的收发合置回声亮点位置特性与指标要求进行对比，得到水下航行体收发合置亮点位置特性指标评估结论。2.根据权利要求1所述的水下航行体收发合置回声亮点位置特性仿真评估方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宇航，高晟耀，王雪仁，苏常伟，张艳涛，管峰，宋昊，李海超，彭子龙，
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：