[发明专利]一种水面荷叶冰覆盖的冰水混合界面仿真方法

说明书

本发明涉及一种水面荷叶冰覆盖的冰水混合界面仿真方法，属于水下目标声散射领域；包括在平面上生成均匀分布的点，利用Delaunay三角面元划分方法，将平面上的点组成一系列三角形，然后得到每个三角形的内切圆，最后将每一个内切圆变形为边缘不规则的圆，每个不规则圆为一个荷叶冰，进而仿真得到水面荷叶冰覆盖时的冰水混合界面。本发明把荷叶冰形状考虑为边缘不规则的圆形，仿真的冰水混合界面更符合荷叶冰覆盖的实际情况；本发明可通过参数调节，得到不同荷叶冰分布密度的冰水混合界面；且算法简单，易于计算机编程实现，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种水面荷叶冰覆盖的冰水混合界面仿真方法，属于水下目标声散射领域。

背景技术

界面对水下声传播特性具有重要影响，在极地海域，海水的上界面会有冰层覆盖，其中浮冰覆盖的冰水混合界面是其中的一种界面形态。浮冰是指漂浮在海面上、相对平坦的海冰，荷叶冰是浮冰形成发展阶段中一种类型，荷叶冰又称饼浮冰，其形状主要呈边缘不规则的圆形。

浮冰的模拟是不同学科应用中的一个重要和基础的技术方法。在冰力学研究中，用规则形状的浮冰进行近似模拟，如圆形(Eugene B.Karulin，Marina M.Karulina，Numerical and physical simulations of moored tanker motion under change ofice drift direction，Ships and Offshore Structures，6(3)，2011；季顺迎，李紫麟，李春花等，碎冰区海冰与船舶结构相互作用的离散元分析，应用力学学报，30(4)，2013)、正方形(郭春雨，李夏炎，王帅等，冰区航行船舶碎冰阻力预报数值模拟方法，哈尔滨工程大学学报，37(2)，2016)。在冰下声散射研究中，专利“一种水面浮冰覆盖的冰水混合界面仿真方法(申请号：2018105324486)”中模拟了块浮冰覆盖的冰水界面，将块浮冰形状模拟成为随机多边形。

荷叶冰为边缘不规则的圆形，为了数值计算荷叶冰覆盖时冰水混合界面的散射声场，需要建立对应冰水混合界面几何模型，但是，现有简化模型方法及块浮冰模型方法不能模拟荷叶冰形状的问题。

发明内容

本发明的目的是为了计算荷叶冰覆盖的冰水混合界面的散射声场而提供一种水面荷叶冰覆盖的冰水混合界面仿真方法，主要是数值计算冰水混合界面散射声场时，模拟建立不同荷叶冰分布密度情况时的冰水混合界面几何模型。

本发明的目的是这样实现的，具体包括以下步骤：

步骤1、输入仿真界面的大小为L×L，荷叶冰分布密度n，由公式计算得到界面上随机点个数M，M为整数；

步骤2、计算机生成两列数量为M的随机数，随机数取值范围在[0，L]范围内，且均匀分布在[0，L]范围内，两列随机数分别对应x和y坐标；

步骤3、利用Delaunay三角面元划分方法，将平面上的点组成一系列三角形；

步骤4、取步骤3中得到的一个三角形，求三角形的中心点，以中心点到三角形边的垂直距离为半径做内切圆；

步骤5、对步骤3中得到的所有三角形都进行步骤4的计算，得到平面上一系列独立分布的圆；

步骤6、取步骤5中得到的一个圆，圆的半径为r，计算其周长C，圆边界上共有N个点，取N个幅度服从[-αr，αr]范围内均匀分布的随机数，α的取值范围为[0，0.5]，随机数的x坐标对应x轴上[0，C]范围内等间隔点的坐标值；

步骤7、把步骤6中得到的N个随机数进行低通滤波，然后把滤波后的每一个数与对应圆边界上每一点的半径r相加，得到一个边缘不规则的圆；

步骤8、对步骤5中的所有圆进行步骤6和步骤7的计算，得到平面上多个相互独立的边缘不规则的圆，每个圆为一个漂浮的荷叶冰，圆之间的空隙为水，即得到水面荷叶冰覆盖的冰水混合界面。