[发明专利]一种基于水体分层滤波的水下热源探测定位方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋科学、热物理学和模式识别的交叉领域，具体涉及一种基于水体分层滤波的水下热源探测定位方法。

背景技术

我国“一带一路”战略中的“21世纪海上丝绸之路”跨越了广阔的海洋空间，新时期的国家海洋战略，急需先进强大的海洋探测技术手段支撑，近年来海洋石油勘探、海洋化学和海洋生物等产业为海洋经济提供了巨大的商机。而传统的利用船舶对海洋生物进行勘探需要投入大量的人力、物力和财力，不适合对水下生物进行大范围的搜索。我国海洋国土正受到多个沿岸国家的严重侵扰，绝大部分南沙岛礁已被东南亚小国侵占，所以急需水下目标的探测手段作为保护国土的技术支撑。

发明内容

本发明提出了一种水体分层滤波的水下热源探测定位方法，利用水下热源在水体中的热传导和热对流的基本物理定律，对不同的水体层进行滤波处理，根据分层滤波最优准则确定滤波深度，揭示水下目标的具体位置，从而实现精确地定位。

本发明提供的一种水体分层滤波的水下热源探测定位方法，具体步骤如下：

(1)水体中水下热源的热辐射仿真步骤，包括以下子步骤：

采用SolidWorks软件对海洋和潜艇进行几何模型的建立，运用ICEMCFD对建立好的几何模型进行网格的划分，接着将网格导入Fluent进行求解器的相关设置，用Tecplot对求解计算得到的结果进行后处理。具体步骤如下：

(1.1)根据实际情况及相关理论知识，确定所建几何模型的大小尺寸和潜艇基于海洋所处的位置。

(1.2)采用TGrid/(Tet/Hybrid)混合结构对几何模型进行网格划分。对潜艇壁面进行网格划分时，参考边界层网格的划分，使其网格的细密程度远大于海洋壁面网格的细密程度，从而提高计算结果的准确度和精确度。

(1.3)启动Fluent并导入划分好的网格，设置求解器及操作条件，对物理模型、边界条件、初始条件等相关条件进行设定，设置完成后即可进行计算。具体过程包括以下子步骤：

(1.3.1)启动Fluent，进入FluentLauncher界面，在FluentLauncher界面中的Dimension中选择3D，保持默认设置，进入Fluent主界面。

(1.3.2)导入网格，检查网格质量，确保不存在负体积，并保存项目。

(1.3.3)定义求解器，保持默认设置。

(1.3.4)定义物理模型，在Model(模型设定)面板中选择湍流模型，采用二阶标准k-ε模型。双击Energy选项，打开能量方程。

(1.3.5)设置材料性质和边界条件，由于Material(材料)面板中默认的流体材料没有水选项，需要从材料数据库中进行复制。将单元格区域条件中Body流体类型设置为Water-liquid。

假定潜艇是静止不动的，而海洋以潜艇实际的速度运动着。设置截面input的类型为速度入口边界条件。截面output的类型为自由流出边界，不需要给定出口条件。设置submarine的类型为固壁边界条件，且壁面静止无滑移。截面walls的类型为固壁边界条件，将其设置为移动壁面。

(1.3.6)设置求解控制参数，方程组采用SIMPLE算法，保持默认设置对求解器进行初始化。初始化完成后，对求解器进行计算。

(1.3.7)计算结果后处理，保存计算所得结果，使用Tecplot软件读入算例文件和数据文件。激活等值线图层，选择目标变量为温度，绘制等值线，反复调整绘图参数直至得到理想的温度等值线图。

(2)实测获取水下目标红外图象步骤，包括以下子步骤：

(2.1)利用实验室的中波制冷红外相机在多谱信息处理实验室外场环境下，选择晴朗的天气环境和上午十一点的时间，每隔五分钟就拍摄一序列照片，获取水下目标在热平衡状态下的红外图像。

(2.2)利用拍摄得到的红外序列图像，由于实验中热水袋的温度并不是恒定的，所以从拍摄到的序列图中选取在热水袋放入一定时间后的图像，作为热平衡状态下的红外图像。

(3)水体分层滤波步骤，包括以下子步骤：

水体不断地从各个方面吸收热量，同时又以各种形式散发热量，水体温度的高低主要取决于海水热量的收支情况，根据热力学的三大定律，水体的热量的收支是平衡的。

(3.1)确定水体本身温度、盐度和密度的关系

在分层滤波的过程中，由于水体本身的热量会极大地影响对水下目标的探测，因此了解水体本身的特性对水下目标的探测是十分重要的。