【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维声场处理，尤其是指基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法。
技术介绍
1、目前存在多种三维声场计算模型，例如基于三维射线理论的bellhop3d模型和traceo3d模型、基于三维简正波理论的耦合简正波模型、基于三维抛物方程理论的for3d模型等。其中，三维声场计算模型的主要输入为：声源参数、接收端参数、声速剖面、三维海底地形等，通过对所需参数进行配置，可以实现对三维海洋环境中任意位置处复声压的计算。目前三维声场模型在计算中考虑了水平折射等三维效应的存在，使得计算复杂度与计算时间急剧增加。在进行三维声场仿真及阵列信号处理时，通常需要对阵列上各阵元处信号进行计算处理，目前的三维声场计算模型只支持对平行于坐标轴的阵列位置进行配置，若阵列位置与坐标轴之间存在倾角（如图2所示），那么阵元位置不会落在计算网格点上（如图3所示），目前只能对各位置的阵元处信号进行遍历计算处理，这种方式不仅仅增加了环境配置文件的写入时间，也使得每次声场计算处理都要从起始点处重新开始，极大地降低了三维声场的处理效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、本实施例提供了一种基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，包括以下步骤：
4、定义元水平阵阵元位置，并计算其与轴的倾角；
5、根据倾角确定三维空间坐标旋转矩阵，即
6、设置声源位置，并对声源位置使用旋转矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的声源位置；
7、设置水平阵接收深度，并对水平接收阵各阵元位置使用旋转矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的水平接收阵各阵元位置；
8、根据元水平阵阵元位置确定涵盖水平阵的最小地形区域范围；
9、根据最小地形区域范围设定模型计算所需的三维海底地形范围，并确定空间坐标旋转变换所需的三维海底地形范围；
10、根据空间坐标旋转变换所需的三维海底地形范围，对坐标网格矩阵和海底地形矩阵同时进行变换，以得到旋转变换后的坐标网格矩阵和海底地形矩阵；
11、截取旋转变换后的坐标网格矩阵和海底地形矩阵，以得到截取坐标网格矩阵和截取海底地形矩阵；
12、对截取坐标网格矩阵和截取海底地形矩阵进行插值处理，以得到插值坐标网格矩阵和插值海底地形矩阵；
13、设置环境参数，并根据旋转变换后的声源位置、旋转变换后的水平接收阵各阵元位置、插值坐标网格矩阵、插值海底地形矩阵及环境参数计算处理水平阵各阵元位置处的相干声压，以得到处理结果并记录耗费时间。
14、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：通过水平阵阵元位置确定与坐标轴之间的倾角，然后根据阵列与坐标轴之间的倾角确定三维空间坐标旋转矩阵，将收发位置、海底地形、声速场等参数进行空间坐标旋转变换，得到输入参数后对环境参数进行写入，进而通过三维声场模型读取环境配置文件实现对水平阵各阵元处信号进行快速计算处理，以提高三维声场的处理效率。
15、下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
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1.基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述定义元水平阵阵元位置，并计算其与轴的倾角步骤中，水平阵各阵元位置及其与坐标轴之间的位置关系如下：
3.根据权利要求2所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据倾角确定三维空间坐标旋转矩阵，即绕轴逆时针旋转倾角的旋转矩阵步骤中，旋转矩与倾角的关系如下：
4.根据权利要求3所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述设置声源位置，并对声源位置使用旋转矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的声源位置步骤中，旋转变换后的声源位置与旋转变换前的声源位置关系如下：
5.根据权利要求4所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述设置水平阵接收深度，并对水平接收阵各阵元位置使用旋转矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的水平接收阵各阵元位置步骤中，旋转变换后的水平接收阵各阵元位置与旋转变换前的水平接收阵各
6.根据权利要求5所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据元水平阵阵元位置确定涵盖水平阵的最小地形区域范围步骤中，涵盖水平阵的最小地形区域范围与元水平阵阵元位置关系如下：
7.根据权利要求6所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据最小地形区域范围设定模型计算所需的三维海底地形范围，并确定空间坐标旋转变换所需的三维海底地形范围步骤中，模型计算所需的三维海底地形范围与最小地形区域范围关系如下：
8.根据权利要求7所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据空间坐标旋转变换所需的三维海底地形范围，对坐标网格矩阵和海底地形矩阵同时进行变换，以得到旋转变换后的坐标网格矩阵和海底地形矩阵步骤中，三维空间坐标旋转变换所需的地形范围为，设对应的海底地形矩阵为，阶数为，此时，将海底地形矩阵对应区域的坐标进行网格化，获得阶的坐标网格矩阵和，再将海底地形矩阵与两个坐标网格矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的坐标网格矩阵和海底地形矩阵，其表达式为：
9.根据权利要求8所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述截取旋转变换后的坐标网格矩阵和海底地形矩阵，以得到截取坐标网格矩阵和截取海底地形矩阵步骤中，在旋转变换之后的阶矩阵中截取模型计算所需的阶矩阵，以得到截取坐标网格矩阵和截取海底地形矩阵。
10.根据权利要求9所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述对截取坐标网格矩阵和截取海底地形矩阵进行插值处理，以得到插值坐标网格矩阵和插值海底地形矩阵步骤中，根据模型计算所需海底地形区域范围选定合适的间隔距离，以保证不超过模型计算限制的同时获得最大阶数的等间隔插值坐标网格矩阵和，选定二维线性插值的方式对截取海底地形矩阵进行插值，首先设定待插值点，然后找到最邻近的插值区间和，和都为插值坐标网格矩阵和中的元素，然后计算待插值点处的值：
...【技术特征摘要】
1.基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述定义元水平阵阵元位置，并计算其与轴的倾角步骤中，水平阵各阵元位置及其与坐标轴之间的位置关系如下：
3.根据权利要求2所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据倾角确定三维空间坐标旋转矩阵，即绕轴逆时针旋转倾角的旋转矩阵步骤中，旋转矩与倾角的关系如下：
4.根据权利要求3所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述设置声源位置，并对声源位置使用旋转矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的声源位置步骤中，旋转变换后的声源位置与旋转变换前的声源位置关系如下：
5.根据权利要求4所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述设置水平阵接收深度，并对水平接收阵各阵元位置使用旋转矩阵进行三维空间坐标旋转变换，以得到旋转变换后的水平接收阵各阵元位置步骤中，旋转变换后的水平接收阵各阵元位置与旋转变换前的水平接收阵各阵元位置关系如下：
6.根据权利要求5所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据元水平阵阵元位置确定涵盖水平阵的最小地形区域范围步骤中，涵盖水平阵的最小地形区域范围与元水平阵阵元位置关系如下：
7.根据权利要求6所述的基于空间坐标旋转变换的三维声场快速处理方法，其特征在于，所述根据最小地形区域范围设定模型计算所需的三维海底...
【专利技术属性】
技术研发人员：周建波，李鸿博，杨益新，侯翔昊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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