[发明专利]单次声波入射快速预报声呐目标散射指向分布图的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声目标散射特性的快速预报方法，尤其是涉及的是一种单次声波入射快速预报声呐目标散射指向分布图的方法。

背景技术

目前，预报水下目标的回波特性在声呐设计、水下航行器隐身和反隐身设计、声制导、海洋开发等应用中有重要意义。研究者提出了各种渐近方法如GTD，数值方法如有限元/边界元法（FEM/BEM）和时域有限差分法（FDTD）等。这些数值方法需要进行大量迭代才能得到场的分布，然后推算散射特性，计算量巨大，难以满足工程应用的需要。

针对这些问题出现了基于Fourier衍射定理的目标强度快速预报方法，根据目标形状、声学性质、入射声波，利用Fourier衍射定理求解目标强度，例如中国发明专利，其名称为“快速预报声呐目标强度的方法”（ZL200410084278.8），该专利说明书的一个优选实施例中应用此方法，公开了在海水中快速预报水声目标强度的过程如下：

1、将无限长柱形目标置于无界海水中,用平面波照射,入射方向与柱轴垂直,构成一个二维问题，取目标周围的正方形区域为计算域；

2、将区域内目标和目标周围介质(如海水)的ρc分布按正方形网格离散化,得到代表计算域内ρc分布的图像；

3、计算上述图像的二维离散Fourier变换,得到目标的频域表示(即频谱)；

4、根据入射平面波的频率和方向确定频域内非均匀分布的样本；

5、对频域内的样本作一维IDFT,得到目标空问的投影；

6、根据投影中点及其近邻的平均声压计算目标强度或前向散射声压。

但上述方法对每个方向的入射平面波只能确定频域内的两组样本，每个入射角度只能求得前后向散射声场，而不能得到与入射波有任意夹角的其它方向上的散射波，因此，需要同时旋转入射声波和接收换能器，在各个角度通过对频域样本进行Fourier逆变换求得前后向散射声场，才能实现全方位的散射特性预报，操作过程复杂，工作量大。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提出一种单次声波入射快速预报声呐目标散射指向分布图的方法，该方法根据已知目标几何形状、声学性质、入射声波频率和入射方向和拓展傅立叶衍射定理，能单次声波入射快速预报声呐目标散射指向分布图，无需旋转目标或入射声波，能够降低了计算量，提高散射声场预报效率，有利于工程应用的需要。

为达到上述目的，我们作如下研究：

拓展Fourier衍射定理

图1所示为经典的Fourier衍射定理：图中物体a(r)受方向为                                                的单频率平面波照射，沿直线T₁T₁'测得的散射场分布称为前向投影，前向投影的一维Fourier变换给出物体二维Fourier变换在频域中粗线所示“低频”半圆弧上的取值，圆弧半径等于入射波空间角频率k₀（波数），类似地，在入射波同侧沿直线T₂T₂'测得的散射场称为后向投影，其一维Fourier变换给出频域中粗虚线所示“高频”半圆弧上的取值。

 将Fourier衍射定理拓展，给出单一入射波在所有方向产生的投影，先将发射换能器指向目标并保持它们之间的相对关系不变，令入射方向与x轴正方向夹角为，在y = l₀处测量散射场，见图2(a)，此时，单位强度入射波可表示为：

                              (1)

其中r = (x, y)表示空间域中的位置，k = k₀(,)表示入射波以与x轴正方向夹角为入射时的空间角频率。

在测量线y = l₀上的散射波为：

     (2)

其中A(k)是a(r)的二维Fourier变换，k_x和k_y分别是x方向和y方向上的空间角频率，且。