水面船舶运动姿态对声散射特性的影响北大核心CSCD

[目的]为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。[方法]基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。[结果]研究表明:横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。[结论]研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。     

环境因素影响下的声目标强度数值计算

提出一种被称为声线跟踪目标回声强度(ARTES)的声目标强度计算工具。ARTES是用于预报位于实际水声环境中3D物体回声的计算软件，运用声线跟踪技术，包括水面、水底的影响，为通过介质的声传播建立模型。对于给定的声源参数，接收到的回波强度或波形可作为各种环境和目标参数的函数进行计算。该模型能处理复杂的CAD设计实体，包括夹层充水的壳体。壳体不同部分的材料和声学特性可以被定义，包括其效果可设定的无回声涂层。该模型能被作为水下物体的设计工具，还能用于预报实际环境中主动声呐的性能。     

海底三维散射模型仿真研究

海底声散射强度是浅海混响预报的一个重要物理量.采用Jackson复合粗糙度模型研究了非均匀海底界面的声散射问题,对模型进行了理论推导和仿真计算,利用已发表的海底散射强度实测数据与模型仿真结果进行对照,验证了模型的正确性,并就海底沉积物类型和海底声学特性参数对海底反向散射强度的影响进行了分析.     

波动水面对近水面目标声反射的影响分析

在水下目标强度的测量中,当目标体接近水面时,与自由空间情形相比,声波受到水面的散射及多径作用使回波强度发生变化。文章应用波动水面的平均反射系数计算方法,得出符合高斯分布的粗糙水面的反射系数与声波频率、入射角度的变化关系。计算了在四种不同传播路径作用下目标强度的结果。最后通过水池试验,验证了在高瑞利系数下结果的正确性。     

不同因素对舰船RCS特性的影响分析

舰船RCS是海上雷达系统探测回波强度的一个重要物理量,受多种因素影响,会呈现不规律的随机起伏。论文主要研究了粗糙海面的起伏特性、不同频率、不同极化方式以及不同入射方向的雷达入射电磁波对舰船RCS特性测量的影响,给出了粗糙海面的统计模型,运用时域有限差分法(FDTD)对舰船的RCS进行了计算仿真,研究结果为海面雷达的侦测提供了理论参考依据。     

基于最优回归理论的舰船辐射噪声指向性统计模型及分析方法研究

文章在已有单航次的舰船噪声空间特性建模分析方法等研究成果的基础上,进一步研究了若干航次条件下的统计建模及分析方法。该研究主要以单一部位垂向剖面的噪声指向性为例,建立了基于最优回归理论的舰船目标辐射噪声特性的统计模型及分析方法,并开展了海上实测研究,验证了该模型及分析方法的正确性和可行性。该项成果为深入分析不同航行工况下各类舰船目标的噪声空间特性及其统计规律等创造了条件。     

基于ISAR水面舰船高频区散射中心特征提取仿真研究

水面舰船在高频区呈现复杂散射特征,其散射中心是ISAR图像目标识别的重要特征。本文基于水面舰船目标的散射特点,构建具有代表性的水面舰船目标散射中心模型。首先采用传统射线追踪法(SBR)分析该目标的RCS变化趋势,明确散射亮点区域。通过选用基于图像的ISAR目标散射中心特征提取方法,实现高频区水面舰船目标散射中心确定及判别。通过与SBR方法定位的散射亮点对比,验证了本文提出的水面舰船ISAR散射中心特征提取方法适用于水面舰船散射特性研究。可用于指导同类目标的雷达波散射特征控制及信号检测。     

任意路径航行的水下航行器回波特征研究

本文阐述基于频域间接法的板块元基本原理,建立水下航行器三维网格模型,提出以任意路径运动的水下航行器回波特征预报方法。通过开展1∶20缩比的Benchmark潜艇回波特性水下声散射试验,验证了上述预报方法的准确性。研究表明,预报方法能够预测水下航行器以任意路径航行的回波特征,对水下运动目标的探测与识别有一定意义。     

运动状态下舰船本体X波段RCS统计特征分析北大核心CSCD

[目的]为明确舰船运动对实船雷达散射截面(RCS)测量统计结果干扰的情况,开展各种运动状态下舰船本体X波段RCS的统计特征分析。[方法]构建低海况运动状态下舰船本体动态RCS仿真方法,以DTMB 5415水面舰船标准模型为基础,构建水动力仿真和电磁散射统一模型,获取在水平入射方向上X波段雷达波探测的舰船动态RCS数据,分析统计时间、海况、航速和浪向角对RCS统计特征的影响边界及影响规律。[结果]舰船本体动态RCS统计特征与静止状态下的存在差别;在低海况下,舰船总的RCS特征值受海况、航速及浪向角的影响范围在0.9 dB以内;舰船特征方向上的RCS对浪向角变化的较为敏感,并随着海况的增加逐渐降低。[结论]研究成果有助于掌握舰船运动对实船RCS测量统计特性的干扰情况,可为实船RCS测量工况的选择提供支撑。     

基于高分辨图像声呐的舰船声尾流实测研究

利用基于高分辨图像声呐对水面船的尾流散射特性进行海试测量,测得水面船的船体亮点和尾流空间分布图像。对尾流数据进行分析,获得水面船声尾流散射强度随时间变化特性和对应舰船的声尾流时间长度数据。     

温湿度对海洋气溶胶散射特性的影响分析

根据米散理论,利用蒙特卡洛方法对不同湿度、温度条件下,海洋大气中气溶胶粒子的散射问题进行了详细分析,并分别对两种情况下的传输效果进行了仿真计算,结果表明,在其它外界条件相同的情况下,大气湿度越大,海洋气溶胶粒子半径越大,回波信号幅值越小,信号衰减越快;大气温度越高,回波信号幅值越强,从理论上证明了用激光方法探测大气波导具有一定的可行性。     

舰船目标RCS水面模拟试验及其应用探讨

舰船目标作为海上运行的武器平台,其电磁散射的最本质特征体现为目标与海面环境一体化的复合散射。在舰船目标雷达波隐身性设计中,需要开展模拟RCS试验来验证方案可行性。针对舰船所处海面环境的特点,采用双射线追踪方法分析了随机粗糙海面对舰船散射回波特性的影响,提出了关于舰船雷达波隐身设计流程的建议,论证并指出在技术设计阶段需要用接近实际环境的方法进行水面环境舰船隐身设计验证,结合数值仿真与本体RCS试验,掌握并控制舰船隐身性指标和强散射"要害点",并从场地开阔性、测试方法等方面提出了舰船目标RCS水面模拟试验的测试要求,从RCS指标设计验证、强散射中心分析、总体多专业协同设计等方面,探讨了模拟试验方法的应用和发展方向。     

有限长双层加肋圆柱壳体低频回声:近似理论和实验

研究了有限长双层加肋圆柱壳体的低频回声特性,提出了一种近似预报方法并进行了实验验证。该方法将回声分为弹性部分和几何部分,弹性部分用薄壳理论求解的包含中间水层的弹性散射波来近似;几何部分用修正板块元法计算的壳体和肋板构成的类似角反射体的几何回声来近似,将两者按能量叠加得到总回声场。低频回声实验的ka值约在5～10之间,通过实测的频率—角度谱与理论计算结果的比较分析了各种回声的形成机理。最后将实测目标强度与近似理论预报的结果进行了对比,两者在大部分角度吻合良好。     

基于鱼雷自导的舰船尾流回波模型建立方法

在国内外有关实测数据及研究现状的基础上,对尾流环境下的混响进行了模拟,研究了尾流中气泡尺寸分布函数和尾流散射系数等参数的计算方法,建立了舰船尾流回波的声学模型.分别对鱼雷工作在尾流区和非尾流区的回波信号进行仿真实验和比较,仿真结果表明鱼雷工作在尾流区和非尾流区的回波信号是明显不同的,这为尾流自导鱼雷探测舰船的尾流从而进行目标的跟踪和打击提供了依据及研究基础.     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.     

基于相空间重构和回声状态网络的舰船摇荡预报

为了改进利用传统回声状态网络(Echo Stale Network,ESN)方法预报非线性舰船摇荡时历时预报精度不足的问题,提出将相空间重构和回声状态网络相结合的方法,在依托海军某型舰实船采集摇荡数据的基础上,采用相空间重构技术提取舰船摇荡时历的内部结构信息,获取摇荡时历的相空间特性,对时历数据进行可用性筛选,然后将重构后的数据输入到回声状态网络进行学习训练,用于预报舰船极短期的摇荡姿态。利用实船数据进行不同预报时长条件下的试验仿真,并按照均方误差、均方根误差等误差标准对仿真结果进行误差分析。试验结果表明:所提方法对于舰船摇荡的预报具有精度高及稳定性强的优点,预报值与真实值相比从摇荡值和摇荡相位上都具有较好的精度,证明了该方法的可行性。     

舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.     

基于时空特征融合的水下目标波束形成方法

针对水下探测设备的方位分辨力在物理上受限于阵列有效孔径的约束,导致探测精度较低的问题,提出一种基于时空特征融合的水下目标波束形成算法。首先,以目标声散射回波产生机理为基础,建立走航声呐回波数据动态数学模型;其次,通过对目标声散射回波数据的时空域转换得到等效空间阵列,融合空域多快拍数据实现阵元基阵孔径的物理扩展。最后,分析干扰信混比、探测平台移动速度等对回波增强的影响。数据仿真结果表明所提方法能够有效抑制干扰,获得主瓣更窄的波束。孔径扩展后的波束形成能够准确地分辨出非常相近的目标。此外,实验结果测得探测平台运动速度大小对目标分辨的效果影响不明显。     

基于双基地模型的鱼雷自噪声仿真预报

鱼雷自噪声直接影响了自导系统的有效探测距离和定向精度,而在水下航行时螺旋桨辐射噪声是其自噪声的主要声源。本文针对螺旋桨噪声在海洋中经散射产生的自噪声,提出了一种基于声散射模型的理论研究方法,推导自噪声平均强度。仿真分析体积、海面散射及鱼雷散射自噪声强度随螺旋桨噪声形成的辐射噪声、声吸收系数、散射系数、航深等参数的变化关系。考虑雷长,分析其影响,建立精确的理论模型。仿真结果表明,变化规律与客观事实和经验数据吻合,表明了该模型的正确性和有效性,为鱼雷自噪声预报提供了新的途径。     

舰船外形隐身改进的电磁散射特性影响分析

外形隐身技术是提高舰船生存力的重要手段,为研究对舰船电磁散射特性的影响,以典型舰船为基础,建立了考虑外形隐身前后的舰船电磁模型A,B,提出了RCS算术均值相对增值的概念。采用物理光学法,计算了不同俯仰角、不同入射频率下的RCS曲线,分析了2种舰船模型RCS曲线分布特点、俯仰角和频率变化关系,研究了外形隐身改进的电磁散射特性影响。结果表明,RCS曲线分布形式决定于舰船外形结构特点,俯仰角变化将导致散射波峰幅值和位置发生变化,频率增加时曲线震荡性增加且幅值减小;外形隐身改进主要影响前向角域,频率增加时相对增值增加,俯仰角变化相对增值呈震荡趋势。研究结果对舰船外形隐身设计有参考意义。