入射声场与散射声场分离方法、系统、装置及其存储介质与流程

：本发明涉及声场分析领域，尤其是指一种入射声场与散射声场分离方法、系統、装置及其存储介质。

背景技术

0、
背景技术：

1、本发明公开了一种基于平面波和球面波展开的水下目标入射与散射声场分离方法，其特征是根据水下目标声散射分离的应用场景得来，首先，水下探测声源位于目标散射体的远场区域，故目标表面的入射声场可看作平面波叠加，其次，球面波叠加声场模型能够对实际工程中任意目标表面散射声场进行描述，无需目标是圆柱体或球体等规则形状。在目标表面近场区域布置两个测量全息面，获取全息面上复声压，基于平面波和球面波展开的统计最优近场声全息技术，构建双全息面的声场关系矩阵，实现水下目标表面散射声场分离。本发明采用统计最优声全息技术，散射体和测量全息面均允许任意形状，采用探测声场平面波展开、散射声场球面波展开的声场模型，适用条件宽、计算稳定性好，适用于水下远场探测声源作用于实际工程中任意目标的近场散射声场分离。

2、所以急需一种入射声场与散射声场分离方法，有助于解决现有技术缺乏一种入射声场和散射声场分离算法的技术问题。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、在一实施例中，本发明提供了一种入射声场与散射声场分离方法，通过设置不同内全息面和外全息面上传感器，利用入射声场平面波叠加模型展开和散射声场柱面波叠加模型展开，最终再通过矩阵求逆得到分离后的入射声场和散射声场，有助于解决现有技术缺乏一种入射声场和散射声场分离算法的技术问题。

2、所述入射声场与散射声场分离方法：

3、在目标表面近场区域布置内全息面和外全息面，并测得所述内全息面的复声压和所述外全息面的复声压；

4、水下远场声源作用在圆柱体目标表面的入射声场采用平面波叠加模型展开，目标表面散射采用柱面波叠加模型展开，并通过统计最优声全息法计算模型展开系数得到所述内全息面的第一入射声压和所述外全息面的第二入射声压的第一关系式，以及所述内全息面的第一散射声压和所述外全息面的第二散射声压的第二关系式；

5、通过矩阵求逆得到所述内全息面的第一入射声压和所述外全息面的第二入射声压，以及所述内全息面的第一散射声压和所述外全息面的第二散射声压实现分离。

6、在一实施例中，所述内全息面分布n个传感器，所述外全息面分布m个传感器，以测得所述内全息面的复声压和所述外全息面的复声压。

7、在一实施例中，具体解算公式为：

8、所述内全息面上任意一点的复声压为：

9、p1(r)；

10、入射声场在该点的复声压为：

11、p1i(r)；

12、散射声场在该点的复声压为：

13、p1s(r)；

14、所述外全息面上任意一点的复声压为：

15、p2(r)；

16、入射声场在该点的复声压为：

17、p2i(r)；

18、散射声场在该点的复声压为：

19、

20、由此构建如下声场关系，

21、

22、其中，i为单位阵；

23、

24、

25、在一实施例中，算法的具体描述：

26、入射声场假定为频率为f的平面波叠加声场，水中声速为c，波数为k＝2πf/c，任意点声压可表示为无数个平面传播波和平面倏逝波的叠加，

27、

28、p(kx，ky)为平面波角谱，将上式转化为矩阵乘法表示形式，

29、

30、其中kx，ky，kz分别对应空间波数矢量k＝(kx，ky，kz)在直角坐标x，y，z方向的三个分量，

31、且

32、

33、所述内全息面上第n个传感器处rn＝(x，y，z)的入射声场的复声压可表示为：

34、

35、全息面2上所有n个传感器处的入射声场的复声压可表示为

36、

37、根据相同波数矢量的单元平面波具有可叠加性，cn可以由下式得到：

38、cn＝(a+a+θ2i)-1a+b      (12)

39、系数矩阵c则为：

40、

41、对于任意不规则散射体，散射声场模型为频率为f的球面叠加声场，水中声速为c，波数为k＝2πf/c，源面半径为rs，散射体表面附近任意点散射声压可表示为无数个球面传播波和球面倏逝波的叠加，

42、

43、其中，

44、

45、hn(1)(krr)为n阶第一类柱汉克尔函数。

46、将上式转化为矩阵乘法表示形式，

47、

48、其中km表示波数矢量分解为一系列(kz，n)的第m个波数矢量，则表示第m个波数矢量对应的p(krrs，n)，表示第m个波数矢量对应的所述外全息面上第n个传感器处的散射声场的复声压可表示为

49、所述内全息面上所有n个传感器处的散射声场的复声压可表示为

50、

51、根据相同波数矢量的单元柱面波具有可叠加性，dn可以由下式得到，

52、dn＝(a+a+θ2i)-1a+b

53、d则为

54、

55、在一实施例中，本发明提供了一种入射声场与散射声场分离装置，所述装置包括：

56、布置模块，用于在目标表面近场区域布置内全息面和外全息面，并测得所述内全息面的复声压和所述外全息面的复声压；

57、展开模块，用于水下远场声源作用在圆柱体目标表面的入射声场采用平面波叠加模型展开，目标表面散射采用柱面波叠加模型展开，并通过统计最优声全息法计算模型展开系数得到所述内全息面的第一入射声压和所述外全息面的第二入射声压的第一关系式，以及所述内全息面的第一散射声压和所述外全息面的第二散射声压的第二关系式；

58、分离模块，通过矩阵求逆得到所述内全息面的第一入射声压和所述外全息面的第二入射声压，以及所述内全息面的第一散射声压和所述外全息面的第二散射声压实现分离。

59、在一实施例中，本发明还提供了一种入射声场与散射声场分离装置，所述装置包括：处理器和存储器；

60、所述存储器中存储有可被所述处理器执行的应用程序，用于使得所述处理器执行所述的入射声场与散射声场分离方法的步骤。

61、在一实施例中，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现所述入射声场与散射声场分离方法的步骤。

技术特征：

1.一种入射声场与散射声场分离方法，其特征在于，所述入射声场与散射声场分离方法：

2.根据权利要求1所述的入射声场与散射声场分离方法，其特征在于，所述内全息面分布n个传感器，所述外全息面分布m个传感器，以测得所述内全息面的复声压和所述外全息面的复声压。

3.根据权利要求2所述的入射声场与散射声场分离方法，其特征在于，具体解算公式为：

4.根据权利要求3所述的入射声场与散射声场分离方法，其特征在于，算法的具体描述：

5.一种入射声场与散射声场分离装置，其特征在于，所述装置包括：

6.一种入射声场与散射声场分离装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和存储器；

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述入射声场与散射声场分离方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种入射声场与散射声场分离方法，所述入射声场与散射声场分离方法：在目标表面近场区域布置内全息面和外全息面，并测得所述内全息面的复声压和所述外全息面的复声压；水下远场声源作用在圆柱体目标表面的入射声场采用平面波叠加模型展开，目标表面散射采用柱面波叠加模型展开；通过矩阵求逆得到所述内全息面的第一入射声压和所述外全息面的第二入射声压，以及所述内全息面的第一散射声压和所述外全息面的第二散射声压实现分离。通过设置不同内全息面和外全息面上传感器，最终再通过矩阵求逆得到分离后的入射声场和散射声场，有助于解决现有技术缺乏一种入射声场和散射声场分离算法的技术问题。

技术研发人员：张丽红,闫孝伟,何元安,胡宇安,李正凯,李鹏程
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14