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一种舰船声尾流回波信号建模方法

杨长生 苟文博 梁红

杨长生, 苟文博, 梁红. 一种舰船声尾流回波信号建模方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(5): 703-709 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0035
引用本文: 杨长生, 苟文博, 梁红. 一种舰船声尾流回波信号建模方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(5): 703-709 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0035
YANG Changsheng, GOU Wenbo, LIANG Hong. A Modeling Method of Ship Acoustic Wake Echo Signal[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(5): 703-709. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0035
Citation: YANG Changsheng, GOU Wenbo, LIANG Hong. A Modeling Method of Ship Acoustic Wake Echo Signal[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(5): 703-709. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0035

一种舰船声尾流回波信号建模方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0035
基金项目: 国家自然科学基金项目资助(61771398, 61971354)
详细信息
    作者简介:

    杨长生(1978-), 男, 副教授, 研究方向为水下信号与信息处理、仿生智能感知

  • 中图分类号: TJ630.34; U674.941

A Modeling Method of Ship Acoustic Wake Echo Signal

  • 摘要: 通过声尾流回波信号模型构建仿真数据是研究舰船尾流的重要方式。文中针对已有模型忽略单个气泡散射回波的不足, 提出了一种分区域点散射模型。该模型首先依据不同舰船尺寸、航行速度和海况确定尾流几何模型, 进而根据气泡尺寸分布划分尾流为不同散射区域; 然后根据收发平台的波束宽度、位置和发射角度确定尾流自导系统作用范围; 最后划分尾流自导系统作用范围为有限散射单元, 综合考虑传播损失后根据点散射模型计算尾流散射回波信号。仿真和水箱实验结果表明, 文中所提模型可用于舰船尾流仿真, 并为进一步开展尾流检测和识别提供支撑。

     

  • 图  1  舰船尾流几何模型示意图

    Figure  1.  Geometric model of ship wake

    图  2  舰船尾流阶段划分

    Figure  2.  Ship wake stage division

    图  3  声源作用区域及有限单元划分

    Figure  3.  Sound source action area and finite element division

    图  4  舰船声尾流散射回波模型流程图

    Figure  4.  Flow chart of ship acoustic wake scattering echo model

    图  5  尾流几何模型

    Figure  5.  Geometric model of wake

    图  6  声源垂直和倾斜60°向上发射信号时不同尾流阶段散射回波

    Figure  6.  Scattering echoes at different wake stages when the acoustic source emits signals vertically and at an angle of 60° upward

    图  7  散射回波统计特性

    Figure  7.  Statistical properties of scattering echoes

    图  8  分区域点散射法和能量学方法构建尾流散射回波的时域和频域对比图

    Figure  8.  Time-domain and frequency-domain comparisons of wake scattering echoes constructed by point scattering method for different regions and energetics method

    图  9  水箱实验场景布置图

    Figure  9.  Layout of water tank experiment scene

    图  10  水箱实验采集和仿真得到的散射回波

    Figure  10.  Scattering echoes obtained from water tank experiments and simulations

    图  11  实验和仿真散射回波信号频谱

    Figure  11.  Experiment and simulation of scattering echo signal spectrum

    表  1  实验和仿真回波信号的平均幅度和时宽

    Table  1.   Average amplitude and duration of experimental and simulated echo signals

    条件实验仿真
    平均幅度/Pa时宽/ms平均幅度/Pa时宽/ms
    A23.960.724.50.69
    B5.281.856.251.82
    C3.521.893.451.83
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-01
  • 修回日期:  2022-09-28
  • 录用日期:  2022-10-14
  • 网络出版日期:  2023-09-25

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