[发明专利]一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法

权利要求书

1.一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:根据忽略螺旋桨和艉轴的运动水面船模型的型线图，利用三维建模软件，建立水面以下的三维船体模型；

S2:将建立好的三维船体模型，利用网格剖分软件剖分其三角形面网格；

S3:将建立好的三维船体模型导入到软件AQWA，定义其重心和浮心，设置海面的波浪谱信息、浪高、跨零周期、流向以及风向相关海况参数，构造出PM海谱；软件AQWA基于切片理论求解出三维船体模型在PM海谱中运动姿态；

S4:根据S3中构造的PM海谱，再基于海面反射系数计算经验公式与蒙特卡洛算法，通过软件求解出三维船体模型随时间变化的二维粗糙海面复反射系数；

S5:根据S2、S3和S4分别导出的结果，建立运动水面船“四路径”回波模型，通过板块元算法，求解出运动水面船的回波信号强度，然后按运动水面船“四路径”回波信号，叠加各路径的回波信号强度，对运动水面船回波信号强度进行模拟；

S6:将S5模拟所得运动水面船回波信号强度与实验数据处理所得回波信号强度进行对比，当结果一致，则为运动水面船回波信号强度。

2.根据权利要求1所述的一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，步骤S2中所述的三角形面网格，其每个三角形面网格的尺寸满足R_minD²/λ条件，保证此计算场点为远场，式中，R_min为散射点矢径可计算的最小距离，D为每个板块的最大尺寸，λ为入射波波长。

3.根据权利要求1所述的一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，步骤S3中所述的切面理论求解出三维船体模型在PM海谱中运动姿态的具体方法是，将船体6自由度的运动分解为2组耦合方程，即升沉-纵摇运动方程：横荡-横摇-偏航运动方程：式中，y和z分别为横荡和升沉唯一；θ、ψ分别为纵摇、横摇和偏航角度；m为水面船质量；I₄、I₅、I₆分别为船体绕x、y、z轴的质量惯性矩；A_ij、B_ij、C_ij(i,j＝2,3,…,6)为水动力系数；F_ij(i,j＝2,3,…,6)为各自由度上产生的扰动力和扰动力矩。

4.根据权利要求1所述的一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，步骤S4中所述的海面反射系数计算经验公式为式中：V_v是风的速度，单位是节(0≤V_v≤70节)，该风速根据海况给出；θ是掠射角度，其范围为[0°,90°]；f是频率，单位是Hz。

5.根据权利要求1所述的一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，步骤S4中所述的蒙特卡洛算法为统计模拟法，具体是一种随机模拟方法，是以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法，是使用随机数，或更常见的伪随机数来解决很多计算问题的方法。

6.根据权利要求1所述的一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，步骤S5中所述的板块元算法，其最基本的理论依据是Kirchhoff公式，忽略时间因子e^-jωt，收发合置和收发分置情况下的散射波势函数分别表示为：

其中，式(1)为式(2)的特殊情况；式中，S是散射体表面；r₁和r₂分别为入射点和散射点矢径，相同时为r；α₁和α₂分别为表面外法线方向与入射点和散射点矢径间的夹角，相同时为α；V(α)为表面反射系数。

7.根据权利要求1所述的一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，其特征在于，步骤S5中所述运动水面船“四路径”回波信号，分别为直达波回波信号入射波或散射波之一经过水面后的回波信号以及入射波和散射波均经过水面后的回波信号四种回波信号，考虑运动的影响，所述运动水面船“四路径”回波信号式中，p_0i(t)(i＝1,2,4)为目标本体坐标系下的散射声场；L_0i(t)(i＝1,2,4)为声程差；k为声波波数；ρ(t)为海面的镜像反射系数。