一种水下航行体收发合置目标回声强度评估方法技术

本发明专利技术提供一种水下航行体收发合置目标回声强度评估方法，包括确定水下航行体几何模型的参数、确定水下航行体的等效几何声中心及远场计算场点的坐标描述方法、根据水下航行体的壳体形式确定声散射特性的总体评估方法、评估水下航行体轻外壳在不同频率下的反射系数和透射系数、发射/接受点须同时满足远场条件、根据收发合置声散射特性分别计算各方向的声散射特性值等步骤，最终获得水下航行体声散射特性指标评估结论。本发明专利技术以收发合置主动声纳声源特性数据为输入，实现了总体方案的声散射特性指标风险大小的评估。特性指标风险大小的评估。特性指标风险大小的评估。

【技术实现步骤摘要】
一种水下航行体收发合置目标回声强度评估方法


[0001]本专利技术涉及水下航行体减振降噪论证和评估
，尤其涉及一种适用于水下航行体总体方案声散射特性评估的方法。

技术介绍

[0002]目前，国内外针对水下航行体总体方案声散射特性评估的方法主要是采用有限元法及“人工经验”分析法，对与高频声纳探测下的声散射特性缺乏有效的计算方法，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，以这些参数为输入建立一种水下航行体总体方案收发合置声散射特性评估方法，实现对水下航行体总体方案声散射特性指标实现风险定量评估，具有重要的实际应用价值，但尚无成熟可靠的应用方案可供借鉴。

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，以收发合置主动声纳声源特性数据为输入，评估不同发射/接收方位角与声波信号发射频段的声散射特性，并与指标要求对比，实现对总体方案声散射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合置目标回声强度评估方法，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
[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；对于未明确厚度参数的结构，参照标准水下航行体相关参数进行取值。
[0007]步骤2.建立水下航行体几何结构仿真模型
[0008]根据步骤1获取的相关数据参数，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。
[0009]步骤3.基于Kirchhoff近似(板块元方法)建立单/双壳水下航行体声散射预报模型，其进一步包括：
[0010]步骤3.1根据步骤2建立的水下航行体结构实尺度几何模型，忽略水下航行体壳体的内部结构和舷间结构等，利用Kirchhoff近似建立水下航行体结构板块元评估模型；利用(ANSYS、COMSOL等)有限元软件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，分别保存为txt文件。
[0011]步骤3.2利用编写程序读取节点信息和三角形面网格的txt文件，分别绘制水下航行体内外壳的网格模型，在设定初始发射/接收点后，检查三角形面网格的法向，务必保证三角形面网格的法向朝向水下航行体外部。
[0012]步骤3.3利用Kirchhoff近似建立单壳体水下航行体声散射模型，其将Kirchhoff近似方法的积分形式表示为面元求和的形式，将水下航行体目标表面视为绝对刚性，不考虑声波的透射，利用面元求和得到总散射声压；
[0013]步骤3.4利用Kirchhoff近似建立内外双壳体水下航行体声散射模型，其将Kirchhoff近似方法的积分形式表示为面元求和的形式，但与步骤3.3不同，水下航行体的轻外壳视为钢质弹性薄壳，考虑声波的反射和透射；同时经过轻外壳透射到耐压壳的声波再经过透射，穿过轻外壳，与轻外壳的一次反射一起被接收点接收到。
[0014]根据待模拟水下航行体的类型区别，选择步骤3.3或步骤3.4建立单壳体水下航行体声散射模型或双壳体水下航行体声散射模型。
[0015]步骤4.评估典型频率不同发射/接收方位角下水下航行体声散射特性；
[0016]步骤4.1设定典型入射声波频率，比如500Hz、1kHz、3kHz、5kHz、10kHz等；对发射/接收点的坐标采用水平方位角和发射/接收距离进行描述，计算其声散射特性。
[0017]步骤4.2针对设定的入射声波频率，发射/接收点方向相同，按照水平方位角每隔1
°
计算一个声散射特性数值，且对每5
°
的5个声散射特性数值进行平均一次处理，比如对方位角1
°
、2
°
、3
°
、4
°
、5
°
下对应的声散射特性进行均值，作为方位角3
°
下对应的声散射特性，绘制收发合置工况下声散射特性随水平方位角变化曲线。
[0018]步骤5.典型方位角不同频段的声散射特性评估
[0019]步骤5.1设定典型发射/接收方位角，比如0
°
、45
°
、90
°
、135
°
、180
°
等，包括正横、艏向、艉向等，计算一定频率范围内的特定方位角下的声散射特性。
[0020]步骤5.2针对设定的入射声波方位角，以1Hz为分析频率步长，计算设定分析频段内(如500Hz～10kHz)声散射特性数值，绘制随指定方位角下水下航行体声散射特性随频率的变化曲线。
[0021]步骤6.水下航行体声散射特性的评估分析
[0022]按照评估指标体系要求，根据500Hz、1kHz、3kHz、5kHz、10kHz等评估关注频率，提取0
°
、45
°
、90
°
、135
°
、180
°
等评估关注方位角所对应的水下航行体收发合置声散射特性结果，与设计指标进行对比分析，研判指标可达性风险。
[0023]本专利技术提供了一种方案设计阶段水下航行体总体方案收发合置声散射特性评估方法，可根据水下航行体总体设计方案，利用Kirchhoff近似，以收发合置主动声纳声源特性数据为输入，评估不同发射/接收方位角与声波信号发射频段的声散射特性，并与指标要求对比,实现对总体方案实现声散射特性指标风险评估的方法。该评估方法主要包括水下航行体总体方案设计成果分析及结构建模参数梳理、建立水下航行体几何结构仿真模型、基于Kirchhoff近似(板块元方法)建立单/双壳水下航行体声散射预报模型、典型频率不同发射/接收方位角声散射特性评估和典型方位角不同频段的声散射特性评估五个步骤。水下航行体总体方案设计成果分析及结构建模参数梳理主要根据水下航行体总体方案设计资料梳理、提取评估建模、声散射分析所需的结构图纸、型线资料、主要壳体及指挥台等设
计资料；该方法能够实现水下航行体高频声散射的计算，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。
[0024]有益效果：本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下航行体收发合置目标回声强度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.根据水下航行体概念方案，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、水下航行体几何模型的坐标原点；步骤2.根据水下航行体几何模型总长度和水下航行体几何模型坐标原点，确定水下航行体的等效几何声中心及远场计算场点的坐标描述方法；步骤3.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，确定声散射特性的总体评估方法；步骤4.根据水下航行体的轻外壳壁厚、材料，评估水下航行体轻外壳在不同频率下的反射系数和透射系数；步骤5.根据收发合置声散射特性的评估要求，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中心的距离不小于水下航行体总长的平方与声波长的比值；步骤6.根据收发合置声散射特性分别计算水下航行体艏向、艉向和正横方向的声散射特性值；步骤7.将步骤6评估计算得到的声散射特性值与指标要求进行对比，得到水下航行体声散射特性指标评估结论。2.根据权利要求1所述的水下航行体收发合置目标回声强度评估方法，其特征在于，发射换能器的入射声波为点声源，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。3.根据权利要求1所述的水下航行体收发合置目标回声强度评估方法，其特征在于，以声散射特性沿水下航行体的水平方位指向性特征曲线以及固定方位上随频率的变化曲线作为水下航行体收发合置声散射特性评估指标。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的水下航行体收发合置目标回声强度评估方法，其特征在于，步骤1还包括：步骤1.1建立水下航行体结构板块元评估模型；将水下航行体结构实际尺度几何模型的内外...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宇航，高晟耀，贾地，王雪仁，卢清亮，苏常伟，李欣，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：