[發明專利]一種基于積分方程的三維含卷浪海面聲散射特性分析方法

有效

• 申請號: 202011149868.X
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112364487B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 柴水榮;魏儀文;李科;李娟;孟肖;郭立新
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

本發明公開了一種基于積分方程的三維含卷浪海面聲散射特性分析方法，包括：建立三維卷浪起伏模型；將Elfouhaily海譜中的短波譜對應的海面起伏加入到三維卷浪起伏模型中，建立具有一定粗糙度的卷浪起伏模型；通過布爾運算對具有一定粗糙度的卷浪起伏模型與海面模型進行拼接，建立三維含卷浪局部海面模型；采用積分方程方法，對三維含卷浪局部海面模型，進行含卷浪海面聲散射特性分析。本發明將Elfouhaily海譜中的短波譜(對應張力波譜)對應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；同時將積分方程方法用于仿真三維含卷浪海面聲散射特性，從而消除了海面引起的雜波干擾及混響干擾，保障聲吶系統在復雜海洋環境下發揮最佳性能。

技術領域

本發明涉及水聲學技術領域，更具體的涉及一種基于積分方程的三維含卷浪海面聲散射特性分析方法。

背景技術

在現代海戰中，隨著安靜型潛艇的出現，反潛探測技術對潛艇的隱蔽性提出了前所未有的挑戰。聲散射是探測潛艇的主要方法，利用目標的散射特性，對目標進行有效的跟蹤、探測和打擊。

但是，主動聲吶對處于海環境中的目標信息進行獲取時，不可避免的會接收到海面的散射回波和海面上方卷浪的散射回波。由于海面及其邊界混合層具有結構復雜、隨機性強等特點，使得其回波不具有明顯特征，不易去除，會嚴重影響對目標的探測、識別能力。因此，為消除海面引起的雜波干擾及混響干擾，保障聲吶系統在復雜海洋環境下發揮最佳性能，需要對海面及卷浪聲散射特性進行仿真。針對海面聲散射，目前國內外相關學者已開展了大量研究，但目前本領域尚無人探索含卷浪海面聲散射特性；同時無人將積分方程方法應用于三維海面聲散射仿真中。

發明內容

本發明實施例提供一種基于積分方程的三維含卷浪海面聲散射特性分析方法，用以解決上述背景技術中存在的問題。

本發明實施例提供一種基于積分方程的三維含卷浪海面聲散射特性分析方法，包括：

建立三維卷浪起伏模型；

將Elfouhaily海譜中的短波譜對應的海面起伏加入到三維卷浪起伏模型中，建立具有一定粗糙度的卷浪起伏模型；

通過布爾運算對具有一定粗糙度的卷浪起伏模型與海面模型進行拼接，建立三維含卷浪局部海面模型；

采用積分方程方法，對三維含卷浪局部海面模型，進行含卷浪海面聲散射特性分析。

進一步地，所述建立三維卷浪起伏模型，具體包括：

考慮風速因素，在Fournier卷浪模型的基礎上對海浪的波長和高度進行改進，改進后三維卷浪起伏模型如下式所示：

其中，H和L分別代表波浪的有效波高及波長；并且H和L與風速之間的關系為：

S＝H/L,

式中，S代表坡陡，u₁₀為海面上方10米處風速；S的取值范圍為0≤s≤1，在S的特定范圍內再次引入s₁和s₂，具體取值如下：

當0≤s≤0.5時，s₁和s₂表示為

當0.5≤s≤1.0時，s₁和s₂表示為

式中，k₁～k₇為引入的另外一組物理量，其取值不僅與s相關，還與時間t 有關；

另外，r和φ表示為：