基于改进亮点模型的尺度目标建模技术

在近场情况下,目标相对声源作变向运动时,水下目标各个亮点运动速度已不能简单地等同于目标几何中心运动速度.针对此问题,提出了一种典型的运动目标亮点速度的解算方法,以此为基础建立了改进的目标亮点模型.计算了雷目距离、目标弦角、目标运动速度和旋转角速度对改进模型回波频谱的影响,回波频谱均出现明显的带宽展宽现象,且展宽程度受目标速度和旋转角速度影响最大.仿真结果表明,改进亮点模型能够更加逼真地模拟水下体目标的回波特性,模型是有效的.     

水下航行体分片参数化多亮点声散射预报方法研究

针对现有亮点模型预报水下航行体声散射特性精细程度不高的问题，建立能反映水下航行体真实线型以及精细声散射特征的亮点模型。采用线性插值算法和分割目标方法建立指挥台和艉部的参数化亮点模型，并采用板块元方法对建模结果进行验证。对包含指挥台和艉部在内的Benchmark潜艇模型声散射特性开展建模研究，并与BASIS方法的标准解进行对比。通过开展Benchmark缩比潜艇模型声散射湖上试验，获取Benchmark缩比潜艇模型目标强度测量结果，并与亮点模型方法进行对比。研究结果表明，建立的指挥台和艉部参数化亮点模型是准确的，将各部件的空间相位信息考虑在内，亮点模型能够预报水下航行体的精细声散射特征。研究结果对水下目标声散射快速预报具有一定的参考价值，在快速时域回波预报方面应用前景广阔。     

水下目标回波亮点高分辨方位估计与仿真

水下目标回波亮点识别技术是现代声纳系统与水声对抗的一个极为重要的组成部分。基于单源方位精估的短脉冲切割方法,对于发射信号为长脉冲以及正横中轴方位下的目标回波亮点方位估计效果较差。因此研究基于多源的水下目标回波亮点高分辨方位估计方法具有重要的应用价值。本文重点研究了水下目标回波亮点高分辨方位估计方法,首先采用基于共轭倒序阵盖氏圆准则的方法对目标回波进行解相干和亮点数估计,然后在此基础上进行目标回波空间谱估计以获得目标亮点的方位。在具体仿真过程中,采用板块元散射方法仿真目标回波,并在此基础上进行高分辨方位估计,取得了较好的仿真效果。结果表明,本文的研究对于正横中轴方位的潜艇目标识别具有一定的应用价值。     

水下小尺度目标宽带亮点回波建模及实验验证

准确、有效的目标回波模型是声纳目标,特别是小尺度目标探测与识别的基础.基于声纳目标亮点回波3参数模型以及时域特征分析在声纳目标探测与识别中的有效性,将反映目标回波时域特征的参量作为声纳目标回波模型的建模参数,优化了目标亮点回波模型.针对单频水声探测在小尺度目标识别中无法兼顾距离与精度的局限性,提出了基于频带划分算法的宽带回波模型建模方法,为水下小尺度目标的宽带探测与识别提供了理论基础.通过设计验证试验,将所建模型仿真数据与实物模型消声水池试验回波数据进行对比分析,结果表明,模型仿真回波与试验回波数据具有一致性,验证了所建回波模型的准确性与有效性.     

激光束海面散射建模方法与探测性能评估

针对近程海面探测试验存在的限制条件和缺少理论仿真模型等问题,提出了激光束海面散射建模模型与探测性能评估方法。该方法基于三点滑动窗函数和激光束与随机海浪交会情况,通过矢量运算法确定面元入射角,采用朗伯体面元建立海面散射回波模型和模型参数拟合,并计算相同探测条件下的紫红醇酸漆舰船目标板回波功率,分析了典型四种海面/舰面视场变化情况下的回波信息特征。仿真结果表明,海面回波信噪比和相对高度随机变化,而舰船回波信噪比和相对高度变化具有一致性,根据不同交会情况下探测视场回波信息特征,完成对海面/舰面目标自适应识别和系统探测性能评估。     

基于亮点模型的潜艇回波仿真

传统的回波建模方法是采用单亮点模型,仿真出的回波与真实潜艇回波往往有较大差别．针对单亮点模型的不足,本文采用多亮点模型来实现潜艇回波仿真,构造了一个6亮点的回波模型。从仿真结果看．它与单亮点回波模型相比,能更充分地体现潜艇这一扩展目标所造成的回波脉宽延伸和幅度起伏特性．并与实际潜艇回波相吻合。     

基于板块元法的水下复杂目标强度预报

近场高频照射情况下,水下复杂目标声反射强调各个部位、细节对声纳照射的综合作用。对此,引入了声纳目标计算的板块元法,通过3DS MAX软件将任意形状复杂目标表面划分为无数小曲面,由板块元近似小曲面,借助K irchhoff声散射理论完成对水下复杂目标目标强度的计算。该方法克服了声学亮点模型因忽略目标几何结构影响而过于粗糙,以及数值积分方法无法计算非标准几何体目标强度值的缺陷。数值计算及试验结果均验证了该方法的有效性。     

基于亮点模型的潜艇目标回声过渡特性分析

研究潜艇目标回声的近、远场过渡特性对于主动声纳探潜、探测和水声对抗具有实际意义。计算目标回声强度随距离变化曲线是分析目标回声近、远场过渡特性的一种有效方法。理论分析和试验研究均表明,在鱼雷自导频率下,目标回波可近似看成是目标亮点回波相干叠加的结果。该文提出了一种基于亮点模型的潜艇目标回声过渡特性分析方法,通过亮点模型计算不同距离情况下的潜艇目标的回声强度值,进而分析潜艇目标回声的近、远场过渡特性,并与板块元算法计算回声强度值分析潜艇目标过渡特性进行了对比。仿真结果表明,该方法简单,高效。     

基于多亮点模型的目标回波信号在水声对抗仿真系统中的应用

研究了水下目标回波信号多亮点模型的仿真实现问题，提出了一种能够满足水声对抗试验仿真系统实时性要求的目标亮点三参数求解方法，计算机仿真结果验证了文中所采用的理论模型的正确性和文中处理方法的有效性。     

高速小目标近场动态RCS计算

为研究高速小目标在弹目交会末端的雷达散射特性,提出一种近场动态RCS计算方法。根据导弹和目标的姿态模拟弹目运动轨迹,当弹道末端探测波束照射到目标时,综合物理光学法和等效电磁流法求得目标近场动态RCS计算结果。根据RCS计算结果对多普勒回波信号进行模拟,所得信号与实测信号相比,幅度和频率均一致,验证了模型的正确性。     

基于修正亮点模型的水下体目标建模技术

主动声纳照射水下复杂目标时,目标各部分将互相落到彼此沿声线照射方向上的投影区内,出现相互遮挡现象,导致预报模型失真。针对这一问题,基于光学照射投影原理,引入了遮挡系数的概念。通过对各部件间遮挡系数的推导,提出了一种简单易行的遮挡问题解决方法,对原有潜艇亮点模型进行了修正。仿真结果表明,修正亮点模型能够更加真实的反映潜艇回波情况,试验数据也验证了模型的有效性。     

目标回波时频分布的几何结构图像形态特征

沉底目标识别的关键在于从混响背景中提取出稳定的目标回波信号特征。目标的棱角散射能够携带目标的几何形状信息,在时频域内具有较规则的分布特性,但是各棱角散射回波声程差小,而且淹没在混响中。已有的时频分析方法局限于其抗混响能力及时频分辨力,为得到一种有效的目标几何特征提取方法,提出将一维几何回波时域信号在二维时频域中的几何分布特征作为图像特征进行特征提取,通过研究几何亮点回波和混响在时频平面上的形态特征,构造与几何亮点时频特性匹配的结构元并对时频分布图像进行形态滤波。通过仿真与湖试数据分析,相比已有方法,文中所提方法能够在实现目标几何亮点结构的识别同时进一步抑制混响。     

水中目标自由场声辐射特性还原及远场声辐射热区识别

获取水中目标的声特性对目标识别和分析十分重要。为解决水中目标声特性测试中自由场条件难以实现的问题,消除结构表面能量流对远场声辐射热区识别的干扰,提出结合基于边界元自由场还原技术和表面贡献法的声场分离技术,实现水中近场非自由场环境中获取水中目标的声特性和识别远场声辐射热区。数值模拟结果表明：非自由环境下基于边界元的声场还原方法还原得到的声场声压、声功率等特性,与直接在自由场获取的结果基本相同;进一步利用表面贡献法过滤掉循环于振动结构表面的能量流,能够在近场识别远场辐射热区。该方法突破了测试环境限制,可大幅降低测试费用,具有一定的工程应用价值。     

基于特征匹配的复杂水声信号仿真模型验证方法

分析了复杂水声信号仿真的特殊性,针对性地研究了其仿真模型验证方法。按照考虑信号单一特征、全部特征的顺序,分别采用区间估计、信息融合方法分析仿真信号的一致性;通过估计仿真信号的一致性水平,提出了基于特征匹配的复杂水声信号仿真模型验证方法。在目标回波仿真中的应用表明,该方法对仿真验模有效且有助于提高了建模工作效率。     

基于空域压缩采样的水声目标DOA估计方法

在空域存在稀疏观测约束条件下,传统的水声目标方位DOA估计方法在水下无人航行器等小型平台的应用中往往精度低或者失效。针对这一问题,提出了一种基于空域压缩采样的水声目标DOA估计方法。该方法通过建立水下目标的空域稀疏模型,对水下目标在空域进行压缩采样,并利用联合稀疏重构实现水下目标的DOA估计。仿真实验表明：与传统方法相比,该方法在较少阵元、较小阵列间隔和较少快拍下估计精度相对提高;而在较低信噪比下估计成功率能够提高50%以上,均方误差也能降低到02°以下。     

大口径火炮身管药室内膛裂纹电磁超声表面水平剪切波检测方法

大口径火炮身管药室内膛在射击过程中承受高温高压,易产生网状多裂纹,对安全性能造成隐患,但传统检测手段对内壁清洁度要求较高,且检测周期长。为此,提出基于电磁超声表面水平剪切波（SH波）的身管药室内膛裂纹检测方法,对缺陷进行检测。建立表面SH波电磁超声换能器的辐射声场有限元模型,分析永磁体长度和对数对辐射声场的影响,对电磁超声换能器设计参数进行优化。在研究表面SH波声场特征的基础上,建立表面SH波在含有交叉裂纹的身管药室中传播的有限元模型,分析表面SH波与不同夹角裂纹缺陷的作用规律,并通过实验予以验证。结果表明,当使用12对长度为20 mm的永磁体制成的电磁超声换能器时,能够对10 mm×1 mm×2 mm的交叉裂纹进行检测,分析裂纹夹角与回波幅值的影响规律,为身管药室内膛多裂纹检测提供了可靠依据。