[发明专利]一种基于积分方程的三维含卷浪海面声散射特性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于积分方程的三维含卷浪海面声散射特性分析方法，包括：建立三维卷浪起伏模型；将Elfouhaily海谱中的短波谱对应的海面起伏加入到三维卷浪起伏模型中，建立具有一定粗糙度的卷浪起伏模型；通过布尔运算对具有一定粗糙度的卷浪起伏模型与海面模型进行拼接，建立三维含卷浪局部海面模型；采用积分方程方法，对三维含卷浪局部海面模型，进行含卷浪海面声散射特性分析。本发明将Elfouhaily海谱中的短波谱(对应张力波谱)对应的海面起伏加入到卷浪中，形成具有一定粗糙度的卷浪模型；同时将积分方程方法用于仿真三维含卷浪海面声散射特性，从而消除了海面引起的杂波干扰及混响干扰，保障声呐系统在复杂海洋环境下发挥最佳性能。

技术领域

本发明涉及水声学技术领域，更具体的涉及一种基于积分方程的三维含卷浪海面声散射特性分析方法。

背景技术

在现代海战中，随着安静型潜艇的出现，反潜探测技术对潜艇的隐蔽性提出了前所未有的挑战。声散射是探测潜艇的主要方法，利用目标的散射特性，对目标进行有效的跟踪、探测和打击。

但是，主动声呐对处于海环境中的目标信息进行获取时，不可避免的会接收到海面的散射回波和海面上方卷浪的散射回波。由于海面及其边界混合层具有结构复杂、随机性强等特点，使得其回波不具有明显特征，不易去除，会严重影响对目标的探测、识别能力。因此，为消除海面引起的杂波干扰及混响干扰，保障声呐系统在复杂海洋环境下发挥最佳性能，需要对海面及卷浪声散射特性进行仿真。针对海面声散射，目前国内外相关学者已开展了大量研究，但目前本领域尚无人探索含卷浪海面声散射特性；同时无人将积分方程方法应用于三维海面声散射仿真中。

发明内容

本发明实施例提供一种基于积分方程的三维含卷浪海面声散射特性分析方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明实施例提供一种基于积分方程的三维含卷浪海面声散射特性分析方法，包括：

建立三维卷浪起伏模型；

将Elfouhaily海谱中的短波谱对应的海面起伏加入到三维卷浪起伏模型中，建立具有一定粗糙度的卷浪起伏模型；

通过布尔运算对具有一定粗糙度的卷浪起伏模型与海面模型进行拼接，建立三维含卷浪局部海面模型；

采用积分方程方法，对三维含卷浪局部海面模型，进行含卷浪海面声散射特性分析。

进一步地，所述建立三维卷浪起伏模型，具体包括：

考虑风速因素，在Fournier卷浪模型的基础上对海浪的波长和高度进行改进，改进后三维卷浪起伏模型如下式所示：

其中，H和L分别代表波浪的有效波高及波长；并且H和L与风速之间的关系为：

S＝H/L,

式中，S代表坡陡，u₁₀为海面上方10米处风速；S的取值范围为0≤s≤1，在S的特定范围内再次引入s₁和s₂，具体取值如下：

当0≤s≤0.5时，s₁和s₂表示为

当0.5≤s≤1.0时，s₁和s₂表示为

式中，k₁～k₇为引入的另外一组物理量，其取值不仅与s相关，还与时间t 有关；

另外，r和φ表示为：