[发明专利]一种声波照射随机起伏界面时的遮挡面元快速搜索方法

说明书

技术领域

本发明属于水下目标声散射领域，具体涉及的是一种数值计算随机起伏界面的散射声场时，搜索未被声波照射到的遮挡面元的声波照射随机起伏界面时的遮挡面元快速搜索方法。

背景技术

在利用物理声学方法预估起伏界面或及其附近目标的散射声场时，需要对面元划分后的起伏界面模型进行遮挡面元的搜索，进而剔除掉被遮挡的面元。传统的方法是进行遍历搜索，判断每一个面元之间是否相互遮挡，因此计算量较大。在电磁散射领域也采用了一些遮挡面元快速搜索的方法，如拓扑踪迹方法(杨涛，陈玉林，飞机发动机复杂腔体遮挡算法研究，雷达科学与技术，2013，第11卷第2期)、面元分组方法(姬金祖，刘站合，基于面元分组的电磁遮挡算法及其优化，北京航空航天大学学报，2009，第35卷第4期)等。以上方法都是针对规则几何体目标而提出的快速搜索方法，本发明针对随机起伏界面的面元遮挡问题，发明了一种声波照射随机起伏界面时的遮挡面元快速搜索方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决现有技术搜索过程计算量大、计算时间过长的问题的声波照射随机起伏界面时的遮挡面元快速搜索方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)导入已进行三角面元划分的随机起伏界面的N个面元节点信息、面元中心点信息以及声源位置信息；

(2)求取所有面元中心点三维坐标中z分量的最大值Z_max，得到z＝Z_max平面；

(3)对于第n个面元，连接声源与其中心点，求得连线与z＝Z_max平面的交点(x',y',Z_max)，所求交点在xoy平面的投影点为(x',y')，第n个面元中心点在xoy平面的投影点为(x_n,y_n)；

(4)如果x'≤x_n，令x'*＝x'-Δl，x_n*＝x_n+Δl；如果x'＞x_n，令x'*＝x'+Δl，x_n*＝x_n-Δl；如果y'≤y_n，令y'*＝y'-Δl，y_n*＝y_n+Δl；如果y'＞y_n，令y'*＝y'+Δl，y_n*＝y_n-Δl，其中Δl为面元边长，在xoy平面上得到顶点分别为(x'*,y'*)、(x_n*,y'*)、(x_n*,y_n*)、(x'*,y_n*)的长方形区域；

(5)随机起伏界面中面元中心点在xoy平面上投影点为(x,y)_，取所有投影点满足x∈[x'*,x_n*]且y∈[y'*,y_n*]条件所对应的面元，得到与步骤(4)中求得的长方形区域对应的M个面元；

(6)对于步骤(5)中的M个面元中的第m个面元，求其所在平面与步骤(3)中声源与第n个面元中心点连线的交点P，求得β_i

其中r_i(i＝1,2,3,r₄＝r₁)为第m个面元的第i个顶点位置矢量，r_p为交点P的位置矢量，v_m为第m个面元的法向矢量，β_i为求得的判断参数，如果所有的β_i＞0，则第n个面元被第m个面元遮挡，反之未被第m个面元遮挡；

(7)重复步骤(6)，判断第n个面元与全部M个面元的遮挡关系，如果均未被遮挡，则保留第n个面元，反之删除第n个面元；

(8)重复步骤(3)～步骤(7)，起伏界面的N个面元中所有保留下来的面元即为入射声波照亮的面元，删除的面元即为被遮挡的面元。

本发明的有益效果在于：

本发明针对随机起伏界面的面元遮挡问题，提供一种遮挡面元快速搜索方法，解决了现有快速搜索方法只能针对规则几何体目标的问题。相比于传统的遍历搜索方法，本发明具有以下优点：

1、由于判断面元是否被遮挡时的搜索区域(面元数量)减小，减小了计算量，提高了遮挡面元的搜索效率；

2、适用于随机起伏界面的遮挡问题，且起伏界面面积越大，计算效率提高的越明显；

3、只利用了空间几何中点、线、面的有关计算，没有复杂的处理算法，易于程序实现。