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目标与干扰声学特性的水池动态模拟技术

张红星  
【摘要】:本文的内容主要是关于水下目标与干扰声学特性的水池半实物仿真系统技术研究。此系统将有助于声自导鱼雷声信号处理技术的研究与发展,为声自导鱼雷从接收信号中提取目标的动态特征提供有效的研究和实验方法。 作者对水下目标的声散射研究主要包括三个方面:第一,浅海坏境下的具有复杂几何外形的目标回声的数学模型的建立与数值求解方法。第二,计算和模拟目标与鱼雷之间的相对运动对目标声学特性以及回波结构的影响。第三,水池中的水下目标声学特性与噪声信号的动态模拟方法研究。 在浅海环境中,由于存在海底海面上下两个界面的反射作用,使得目标的回波结构复杂化。即使不考虑海底海面的多次反射作用,自由空间中的一个回波亮点在浅海信道中也可能会变成六个亮点,其中新增加的五个亮点都与海底反射有关。 为了建立浅海中的目标声散射模型,本文利用几何图形建模软件对潜艇等具有复杂几何外形的目标进行精确建模。然后采用修正的Kirchhoff近似方法计算目标强度。这样就可以利用板块元法加脉冲波形计算的频域间接法从理论上预报任意形状目标的回波结构。在此基础上,本文计算了一个特定外形潜艇的目标强度以及近场回声强度,并模拟了界面对回波结构的影响。 对于运动目标的声学特性的计算,文章将目标散射看作时变的线性系统,可利用板块元法快速计算有相对运动时的目标回波信号。 在目标声散射特性的研究和仿真的基础上,本文设计了一种水池半实物仿真系统方案。利用该系统可动态模拟声自导鱼雷所接收的声信号。基于亮点模型,该系统可以有效的模拟浅海中的目标的声散射回波的时延、幅度、多普勒频移、空间方位等信息,以及目标的这些特征信息随着相对运动而变化的动态过程。 文中的研究结果,将有助于推动自导鱼雷声信号处理新方法的研究。


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