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目标与干扰声学特性的水池动态模拟技术

作　者: 张红星
导　师: 朴胜春
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 声自导鱼雷目标特性板块元法水池动态模拟
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文的内容主要是关于水下目标与干扰声学特性的水池半实物仿真系统技术研究。此系统将有助于声自导鱼雷声信号处理技术的研究与发展,为声自导鱼雷从接收信号中提取目标的动态特征提供有效的研究和实验方法。作者对水下目标的声散射研究主要包括三个方面:第一,浅海坏境下的具有复杂几何外形的目标回声的数学模型的建立与数值求解方法。第二,计算和模拟目标与鱼雷之间的相对运动对目标声学特性以及回波结构的影响。第三,水池中的水下目标声学特性与噪声信号的动态模拟方法研究。在浅海环境中,由于存在海底海面上下两个界面的反射作用,使得目标的回波结构复杂化。即使不考虑海底海面的多次反射作用,自由空间中的一个回波亮点在浅海信道中也可能会变成六个亮点,其中新增加的五个亮点都与海底反射有关。为了建立浅海中的目标声散射模型,本文利用几何图形建模软件对潜艇等具有复杂几何外形的目标进行精确建模。然后采用修正的Kirchhoff近似方法计算目标强度。这样就可以利用板块元法加脉冲波形计算的频域间接法从理论上预报任意形状目标的回波结构。在此基础上,本文计算了一个特定外形潜艇的目标强度以及近场回声强度,并模拟了界面对回波结构的影响。对于运动目标的声学特性的计算,文章将目标散射看作时变的线性系统,可利用板块元法快速计算有相对运动时的目标回波信号。在目标声散射特性的研究和仿真的基础上,本文设计了一种水池半实物仿真系统方案。利用该系统可动态模拟声自导鱼雷所接收的声信号。基于亮点模型,该系统可以有效的模拟浅海中的目标的声散射回波的时延、幅度、多普勒频移、空间方位等信息,以及目标的这些特征信息随着相对运动而变化的动态过程。文中的研究结果,将有助于推动自导鱼雷声信号处理新方法的研究。

全文目录

第1章序言  11-19
  1．1 水中目标回声特性研究的意义  11
  1．2 国内外目标回声的研究现状  11-15
    1．2．1 目标回声机理的认识和研究现状  12
    1．2．2 目标回声的近似计算方法  12-15
    1．2．3 目标回声的实验研究  15
  1．3 国内外潜艇散射研究状况  15-17
  1．4 本文的主要内容  17-19
第2章浅海中的目标声散射模型  19-31
  2．1 无界空间中的目标散射场  19-23
    2．1．1 回波的亮点模型及其参数的计算  22-23
  2．2 存在界面时的目标散射场  23-30
    2．2．1 存在界面时 Kirchhoff表达式  23-28
    2．2．2 界面对目标回波的影响  28-30
  2．3 本章小结  30-31
第3章用亮点模型计算潜艇散射特性  31-48
  3．1 求解潜艇散射的“分解-合成”法  31-33
    3．1．1 目标强度表达式  32-33
    3．1．2 目标回波波形模拟  33
  3．2 “稳相法”计算 Kirchhoff公式  33-37
    3．2．1 稳相法积分  33-35
    3．2．2 任意曲面的散射强度  35-37
  3．3 几类典型子目标的亮点参数  37-43
  3．4 “分解-合成”法计算潜艇散射回波  43-47
  3．5 本章小结  47-48
第4章 “板块元”法计算目标的声散射强度  48-65
  4．1 “板块元”算法  48-54
    4．1．1 平面多边形的散射强度  48-51
    4．1．2 平面面元的构造  51-52
    4．1．3 算法过程  52-54
  4．2 目标近场回声强度的板块元算法  54-56
  4．3 目标表面建模与数据提取  56-60
  4．4 “板块元法”计算潜艇目标强度  60-64
  4．5 本章小结  64-65
第5章水下目标散射回波波形的模拟  65-88
  5．1 静止目标的散射回波模拟  65-72
    5．1．1 无相对运动时目标散射的系统函数  65-66
    5．1．2 收发合置时圆柱体的回波模拟  66-69
    5．1．3 收发分置时圆柱体的回波模拟  69-72
  5．2 潜艇散射回波波形  72-80
    5．2．1 自由空间中的潜艇回波  72-75
    5．2．2 浅海中的潜艇散射回波  75-80
  5．3 运动目标的散射回波  80-86
    5．3．1 有相对运动时的目标散射的系统函数  80-82
    5．3．2 运动目标回波的简化算法  82-83
    5．3．3 运动潜艇的散射回波模拟与频谱分析  83-86
  5．4 本章小结  86-88
第6章目标声学特性水池仿真系统  88-100
  6．1 仿真理论和方法  88-90
  6．2 目标声学特性仿真系统  90-97
    6．2．1 目标声学特性仿真方法概述  90-92
    6．2．2 仿真系统结构框架  92-93
    6．2．3 仿真系统工作原理  93-97
  6．3 噪声信号模拟  97-99
    6．3．1 目标辐射噪声  97-98
    6．3．2 海洋混响  98-99
    6．3．3 海洋噪声与鱼雷自噪声  99
  6．4 本章小结  99-100
第7章水面附近目标回波结构实验  100-112
  7．1 实验方法  100-101
    7．1．1 测量方法  100-101
    7．1．2 测量条件  101
  7．2 测量和分析设备及实验布放  101-105
  7．3 实验内容及步骤  105
  7．4 实验结果分析  105-111
  7．5 本章小结  111-112
结论  112-115
参考文献  115-117
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  117-118
致谢  118-119
个人简历  119

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