[发明专利]一种水下哺乳生物回声特性预报方法

权利要求书

1.一种水下哺乳生物回声特性预报方法，其特征在于：其方法包括以下步骤：

步骤1：利用三维扫描仪及建模软件，建立水下哺乳生物的三维数字模型；

步骤2：建立水下哺乳生物声学反射系数模型，即适用于水下哺乳生物的水-脂肪层-空气反射系数模型；

步骤3：通过考虑材料属性的板块元方法，计算水下哺乳生物的目标回声特性。

2.根据权利要求1所述的水下哺乳生物回声特性预报方法，其特征在于：步骤1，建立水下哺乳生物的三维数字模型，具体是：

步骤1.1利用三维激光扫描仪对水下哺乳生物等比例缩比模型进行多角度扫描，生成STL文件，建立水下哺乳生物的等比例缩比模型；

步骤1.2对水下哺乳生物等比例缩比模型的表面划分网格，且网格大小不大于最大计算频率对应波长的三分之一，并导出等比例缩比模型的表面网格。

3.根据权利要求1所述的水下哺乳生物回声特性预报方法，其特征在于：步骤2中水下哺乳生物声学反射系数模型是由上层、中间层和下层组成的三层声学模型，其中，上层是水，声速、密度分别为ρ₁、c₁；中间层为脂肪层，声速、密度、厚度分别为ρ₂、c₂、h，声波在其中传播存在衰减，衰减系数为α；下层是空气，声速、密度分别为ρ₃、c₃；水-脂肪-空气的平面波反射系数为R₁₃，满足如下公式：

式中，R₁₂为水-脂肪层的平面波反射系数，R₂₃为脂肪层-空气的平面波反射系数，φ₂＝k₂hcosθ₂-iαhcosθ₂，其中，φ₂为脂肪层中声波相位，k₂为脂肪层中声波波数，θ₂为脂肪层中声波入射角度。

4.根据权利要求1所述的水水下哺乳生物回声特性预报方法，其特征在于：步骤3：通过考虑材料属性的板块元方法，计算哺乳生物目标回声特性，具体是：

步骤3.1计算目标的反向散射声场公式如下：

其中，V(θ)为目标表面反射系数，V(θ)＝R₁₃，A是入射声波幅值，k₁是水中声波波数，r是散射点矢径，θ是入射声波矢径和目标表面外法线夹角，_s0表示目标表面；

步骤3.2采用一组小面元近似目标表面，基于Kirchhoff近似计算每个面元的散射声场，将各个面元的散射声场进行叠加，即可得到目标整体散射声场。

步骤3.3计算目标整体散射声场的回波特性。

5.根据权利要求4所述的水水下哺乳生物回声特性预报方法，其特征在于：所述步骤3.2中计算每个面元的散射声场公式如下：

式中：I为面元的面积分，可以写成面元顶点的代数和形式，即

式中，u＝2k₁u',v＝2k₁v',w'＝w，[u',v',w']是平面的法向量，K是多边形顶点数，(x_n-1,y_n-1)、(x_n,y_n)、(x_n+1,y_n+1)是多边形顶点的坐标，V(θ)＝R₁₃。

6.根据权利要求4所述的水水下哺乳生物回声特性预报方法，其特征在于：所述步骤3.3对得的目标整体散射声场的回波特性计算，具体是：

步骤3.3.1将目标看作一个线性系统网络，入射信号x(t)看作网络起始端的输入，网络终端的输出即为目标的回波信号y(t)，则入射信号谱X(f)满足如下公式：

X(f)＝FFT(x(t))

x(t)＝FFT^-1(X(f))

步骤3.3.2根据信号处理中线性系统时间域响应和频率域响应相互对应的基本原理，计算目标的回波信号谱Y(f)，公式如下：

Y(f)＝X(f)·H(f) (8)

式中，·表示点积运算，H(f)表示为频域响应函数；

步骤3.3.3计算目标散射的瞬态回波，公式如下

式中，表示卷积计算，h(τ)表示为目标信道的冲激响应函数。