[发明专利]一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法

说明书

本发明公开了一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，步骤是：根据船模型线图，建立水面以下的三维船体模型并剖分三角形面网格，结合不同海况参数求解三维船体模型运动姿态和二维粗糙海面复反射系数，根据建立的水面船“四路径”回波模型，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。本发明的方法在计算速度上有显著的优势，以及其回波信号强度理论模拟结果与实测结果平均误差小于2dB，能够对运动水面船回波信号强度进行精确快速的模拟。

技术领域

本发明属于水中目标声散射技术领域。涉及一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法。

背景技术

近年来，鉴于运动与复杂目标复合散射研究在目标隐身技术、海洋遥感和雷达探测中的重要意义，相关问题的研究已引起了国内外学者的广泛关注。目前，对于运动水面船回波信号强度模拟方法，其均处于自由场的静止状态，未考虑水面船运动姿态随波浪时变以及海面散射问题，也未考虑运动水面船与运动耦合的多次散射问题，以及模拟速度和精度上达不到现实模拟的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法。

本发明从工程应用的角度出发，考虑了海面散射的影响、水面船的运动姿态的变化，通过基于切片理论建立了水面船“四路径”回波模型，尤其在计算速度上有显著的优势，其相比于势流理论计算船的运动姿态节省了7～8个小时，以及精度上其回波信号强度(120kHz～ 180kHz)理论预报幅值与实测结果平均误差小于2dB，能够对运动水面船回波信号强度进行精确快速的模拟。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种运动水面船回波信号强度模拟优化方法，包括如下步骤：

S1:根据忽略螺旋桨和艉轴的水面船模型的型线图，利用三维建模软件UG(Unigraphics) 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COMSOL对三维船体模型水下剖分三角形面网格，导出网格的节点及单元的拓扑信息；

S3:将建立好的三维船体模型导入到软件AQWA，定义三维船体模型的重心和浮心，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，得到在不同海况参数下三维船体模型随时间变化的运动姿态，导出各运动姿态的节点运动坐标；

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MATLAB，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，导出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，建立水面船“四路径”回波模型，通过板块元算法，求解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。

进一步优选，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应满足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。