一种快速预估水下圆形角反射体散射声场的方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速预估水下圆形角反射体散射声场的方法，测量圆形角反射体的参数和声源参数；将圆形角反射体的圆弧离散化得到N个一次划分面元；计算一个一次划分面元的多次散射后的散射声场：计算一次划分面元在接受点的第一散射声场，判断一次反射声束与圆形角反射体其他面是否相交，得到二次划分面元，计算二次划分面元在接受点的第二散射声场，判断二次反射声束与圆形角反射体其他面是否相交，得到三次划分面元，计算三次划分面元在接受点的第三散射声场，将第一散射声场、第二散射声场、第三散射声场叠加求和；将N个一次划分面元的多次散射后的散射声场叠加。本发明为角反射体使用提供理论计算的方法，减小计算时间，提高工作效率。
【专利说明】一种快速预估水下圆形角反射体散射声场的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水下目标声散射领域，主要是一种预估水下圆形角反射体散射声场的方法。
【背景技术】
[0002]角反射体分为二面和三面角反射体，其中由三个互相垂直的平面组成的角反射体称为三面角反射体，当三个互相垂直的平面为相同的四分之一圆面时称为圆形三面角反射体或圆形角反射体。三面角反射体具有在较大空间方位角范围内具有较大目标强度的特性，因此可作为声反射器或水下声学标记物使用，也可作为标准反射体来标定水下目标强度，或作为模拟水下目标回波的声诱饵及实验靶标等。目前预估角反射体散射声场的方法多为需要计算机辅助软件进行网格划分的数值计算方法，其计算量较大、计算速度较慢，已有的快速计算方法只能计算反射面边缘为直线的三角形角反射体或方形角反射体，不能计算反射面边缘为弧形的圆形角反射体。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了能够快速计算圆形角反射体散射声场，提出了一种快速预估水下圆形角反射体散射声场的方法。
[0004]一种快速预估水下圆形角反射体散射声场的方法，包括以下几个步骤:
[0005]步骤一，测量圆形角反射体的参数和声源参数，圆形角反射体的参数包括圆形角反射体直角边长度，声源参数包括声源位置、声波频率；
[0006]步骤二，在圆形角反射体的弧形边缘上取N个等间距的离散点，用直线连接相邻两离散点，并且两个相邻的离散点分别与圆形角反射体顶点连接，得到N个三角形面，每个三角形面为一个一次划分面元；
[0007]步骤三，声源点Pl与一个一次划分面元Ml上的三个顶点的连线为入射声线，一次划分面元的三个顶点对应的三条入射声线组成入射声束Si，根据入射声束SI计算一次反射声束S2，计算声源Pl相对于一次划分面元Ml的一次反射镜像点P2，并计算一次划分面元Ml在接受点的第一散射声场；
[0008]步骤四，一次反射声束S2中通过一次划分面元上的离散点的两个一次反射声线与圆形角反射体其他面所在平面的交点为一次交点，存在一次交点时，根据一次交点得到二次划分面元M2 ；
[0009]步骤五，由一次反射声束S2和二次划分面元M2计算二次反射声束S3，计算一次反射镜像点P2相对于二次划分面元M2的二次反射镜像点P3，并计算二次划分面元M3在接受点的第二散射声场；
[0010]步骤六，二次反射声束S3中通过二次划分面元M2上的非圆形角反射体顶点的两点的二次反射声线与圆形角反射体其他面所在平面的交点为二次交点，存在二次交点时，根据二次交点得到三次划分面元M3 ；[0011]步骤七，计算得到三次划分面元M3在接受点的第三散射声场；
[0012]步骤八,将第一散射声场、第二散射声场、第三散射声场叠加求和得到一个一次划分面元的多次散射后的散射声场；
[0013]步骤九，重复以上步骤三~步骤八，得到N个一次划分面元的多次散射后的散射声场，并将N个一次划分面元的多次散射后的散射声场叠加后得到圆形角反射体的总散射声场。
[0014]所述的一种快速预估水下圆形角反射体散射声场的方法还可以包括:
[0015]( 1)一次反射声束、二次反射声束、三次反射声束的反射声线矢量为:
[0016]kr =/<? -1Jiik1- η)
[0017]其中$是入射声线矢量，K是反射声线矢量，；；是反射声线所在划分面元的法向
矢量;
[0018](2)一次反射镜像点为:
[0019]α-=ο,,
[0020]其中泛’为一次反射镜像点位置坐标矢量，Q1为声源位置坐标矢量，A为一次面元
中心点坐标矢量，L是一次反射声线矢量；
[0021]一次划分面元在接受点的第一散射声场，
[0022]
【权利要求】
1.一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:包括以下步骤，步骤一，测量圆形角反射体的参数和声源参数，圆形角反射体的参数包括圆形角反射体直角边长度，声源参数包括声源位置、声波频率； 步骤二，在圆形角反射体的弧形边缘上取N个等间距的离散点，用直线连接相邻两离散点，并且两个相邻的离散点分别与圆形角反射体顶点连接，得到N个三角形面，每个三角形面为一个一次划分面元； 步骤三，声源点(Pl)与一个一次划分面元(Ml)上的三个顶点的连线为入射声线，一次划分面元的三个顶点对应的三条入射声线组成入射声束(SI)，根据入射声束(SI)计算一次反射声束(S2)，计算声源(Pl)相对于一次划分面元(Ml)的一次反射镜像点(P2)，并计算一次划分面兀(Ml)在接受点的第一散射声场； 步骤四，一次反射声束(S2)中通过一次划分面元上的离散点的两个一次反射声线与圆形角反射体其他面所在平面的交点为一次交点，存在一次交点时，根据一次交点得到二次划分面元(M2)； 步骤五，由一次反射声束(S2)和二次划分面元(M2)计算二次反射声束(S3)，计算一次反射镜像点(P2)相对于二次划分面元(M2)的二次反射镜像点(P3)，并计算二次划分面元(M3)在接受点的第二散射声场； 步骤六，二次反射声束(S3)中通过二次划分面元(M2)上的非圆形角反射体顶点的两点的二次反射声线与圆形角反射体其他面所在平面的交点为二次交点，存在二次交点时，根据二次交点得到三次划分面元(M3)； 步骤七，计算得到三次划分面元(M3)在接受点的第三散射声场； 步骤八，将第一散射声场、第二散射声场、第三散射声场叠加求和得到一个一次划分面元的多次散射后的散射声场； 步骤九，重复以上步骤三~步骤八，得到N个一次划分面元的多次散射后的散射声场，并将N个一次划分面元的多次散射后的散射声场叠加后得到圆形角反射体的总散射声场。
2.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:所述的一次反射声束、二次反射声束、三次反射声束的反射声线矢量为:
3.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:所述的一次反射镜像点为:
4.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:所述的二次划分面元由两个一次交点的位置所确定，两个一次交点的位置分为两种情况，分别为:(1)当两个一次交点都在一个平面上时:a、一次交点与圆形角反射体的顶点的连线小于或等于半径时，两一次交点和圆形角反射体顶点组成的三个点依次相连形成的三角形面为二次划分面元；b、一次交点与圆形角反射体的顶点的连线大于半径时，两一次交点分别与圆形角反射体顶点相连的直线与圆弧相交的点为弧上点I，两个弧上点I与顶点组成的三个点依次相连形成的三角形面为二次划分面元；(2)当两个一次交点分别在两个平面上时:a、一次交点与圆形角反射体的顶点的连线小于或等于半径时，两个一次交点所在平面的交线与由一次反射镜像点和两个一次交点组成的平面的交点，称为轴上交点，一个一次交点和轴上交点及圆形角反射体顶点组成的三个点依次连接形成一个三角形面，两个一次交点分别对应的两个三角形面为二次划分面元；b、一次交点与圆形角反射体的顶点的连线大于半径时，两个平面上的一次交点分别与圆形角反射体顶点相连的直线与对应圆弧相交的点为弧上点II，两个一次交点对应的两个圆弧连接处的点位圆弧连接点，和一个弧上点II及圆形角反射体顶点相连形成一个三角形面，两个三角形面为二次划分面元。
5.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:所述的二次反射镜像点为:
6.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:所述的三次划分面元由两个二次交点的位置所确定，两个二次交点的位置分为两种情况，分别为:(1)当两个二次交点都在一个平面上时:a、二次交点与圆形角反射体的顶点的连线小于或等于半径时，两二次交点和圆形角反射体顶点组成的三个点依次相连形成的三角形面为三次划分面元；b、二次交点与圆形角反射体的顶点的连线大于半径时，两二次交点分别与圆形角反射体顶点相连的直线与圆弧相交的点为弧上点I，两个弧上点I与顶点组成的三个点依次相连形成的三角形面为三次划分面元；(2)当两个二次交点分别在两个平面上时:a、二次交点与圆形角反射体的顶点的连线小于或等于半径时，两个二次交点所在平面的交线与由二次反射镜像点和两个二次交点组成的平面的交点，称为轴上交点，一个二次交点和轴上交点及圆形角反射体顶点组成的三个点依次连接形成一个三角形面，两个二次交点分别对应的两个三角形面为三次划分面元山、二次交点与圆形角反射体的顶点的连线大于半径时，两个平面上的二次交点分别与圆形角反射体顶点相连的直线与对应圆弧相交的点为弧上点II，两个二次交点对应的两个圆弧连接处的点位圆弧连接点，和一个弧上点II及圆形角反射体顶点相连形成一个三角形面，两个三角形面为三次划分面元。
7.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:根据Gordon面元积分法计算三次划分面元在接受点的第三散射声场，
8.根据权利要求1所述的一种快速预估计水下圆形角反射体散射声场的方法，其特征在于:所述的相邻两离散点之间的距离为声波波长的八分之一。
【文档编号】G06F19/00GK103853914SQ201310714052
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】陈文剑, 孙辉, 孙铁林, 孙筱逸 申请人:哈尔滨工程大学