[发明专利]一种水下哺乳生物回声特性预报方法

说明书

本发明涉及声学技术领域，公开了一种水下哺乳生物回声特性预报方法，包括利用三维扫描仪及模软件，建立海豚的几何模型；建立海豚声学反射系数模型，即适用于海豚的水‑脂肪层‑空气反射系数模型；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。本发明可以对海豚、鲸鱼的全向时域回波和目标强度进行快速理论预报。为验证海豚、鲸鱼的回波特征、提高水下监测声纳对海豚、鲸鱼的识别能力提供数据支持。

技术领域

本发明涉及声学技术领域，具体为一种水下哺乳生物回声特性预报方法。

背景技术

主动声纳是探测蛙人和水下哺乳生物的有效手段之一。近年来对于蛙人的声学探测和识别是水下安防和特种作战的重点发展发向之一。然而，海洋中的大型哺乳动物，如海豚等回声特性与蛙人回声特性具有一定相似性，会影响声呐对蛙人的探测与识别能力。为了提高反蛙人声呐探测系统的准确性和探测效率，需要对海洋哺乳动物(海豚等)的回声特性具有一定了解，以便对海豚和水下蛙人目标进行识别。国外对于声波在人体组织和其他哺乳生物体组织中传播的研究大都集中在超声频段，且绝大多数以医学研究为目的，对蛙人和海洋哺乳动物声散射的研究很少；国内目前对海豚或蛙人回波特性的研究较少，无法满足现代的防御需要。

国内外学者对海豚回声特性的研究主要集中在通过实验测量其目标强度，但是由于海豚的种类很多，大小各不相同，因此实验成本高，另外海豚已被列入保护动物，无法再对真实的海豚进行回声特性测量实验。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种水下哺乳生物的回声特性预报方法，可以对海豚的全向时域回波和目标强度进行理论预报。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水下哺乳生物回声特性预报方法，其特点在于：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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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：