CN110362839A

CN110362839A - 一种目标多亮点仿真模型

Info

Publication number: CN110362839A
Application number: CN201810250343.1A
Authority: CN
Inventors: 陈闪闪
Original assignee: Beijing Zhongke Haixun Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhongke Haixun Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明提供一种目标多亮点方针模型，包括以下步骤：第一步是生成目标亮点强度动态链接库；第二步是仿真过程中得到实时鱼雷与目标的位置、亮点设置的位置、声线水平入射角、垂直入射角、声波频率等参数，查询动态链接库得到亮点强度。

Description

一种目标多亮点仿真模型

技术领域

本发明涉及一种目标多亮点仿真模型，用于主动声纳回波的仿真。

背景技术

目标多亮点仿真模型用于计算目标强度，根据目标强度能够仿真出目标回波，目标回波仿真在很多方面有着重要应用。尤其在水下探测声纳研制和作战训练过程中，需要通过仿真模拟各种目标回波特征，检验装备性能和人员使用能力。

目前，目标亮点模型多是固定的位置与确定的强度，这类模型准确度小，不能很好的体现目标实际的强度特征，在仿真目标回波时不能很好的反应真实情况，直接影响声纳仿真过程中的目标探测、跟踪等结果。

发明内容

1、发明解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种准确模拟水中目标强度的目标多亮点模型。

2、发明采用的技术方案

为解决上述问题，技术方案是基于板块元方法，对目标进行板块元切割，利用板块元方法计算分割的各个板块元的强度，最后按照设定的目标亮点位置汇总各板块元得到该处亮点的强度值。方案分为两个步骤，第一步是生成目标亮点强度动态链接库；第二步是仿真过程中得到实时鱼雷与目标的位置、亮点设置的位置、声线水平入射角、垂直入射角、声波频率等参数，查询动态链接库得到亮点强度。

第一步，生成动态链接库：动态链接库基于板块元方法(可参照：王汝夯，李冰，魏强.基于板块元的水面舰船远场声目标强度预报方法[J].声学技术，2015，34(1)：6～10)得到。

1)建立目标模型的3D网络模型。对不同的目标类型(潜艇、舰艇)进行3D网络建模，划分成不同的板块元，得到目标模型的板块元数据表。

具体包括：利用ANSYS建模方法(可参照：李建龙.水下目标的目标强度统计模型研究 [D].上海交通大学，2013，12～34)得到目标的3D网络建模，目标外表面作三角形板块元分割，根据声波散射理论，满足远场条件的最小距离Rmin＝L2/λ，其中L为船长，λ＝c/f为声波波长，用D表示板块元的最大边长，则板块元的划分尺寸范围为Rmin/10＞D＞10λ，分割后得到三角形板块元对应的节点、面元的数据文件。数据含义如图1所示。图1中所示4个节点：#1号节点、#2号节点、#3号节点、#4号节点，坐标分别是(10，0，0)、(-10，0，10)、(0，0，10)、(0，10，0)。输出的节点数据文件中数据格式为(1，10，0，0)、(2，-10，0，10)、(3，0，0，10)、(4，0，10，0)，分别对应着#1号节点～#4号节点的标号、坐标。图1中所示4个三角形面元 1#面元、2#面元、3#面元、4#面元，输出的面元数据文件中数据格式为(1，1，3，2)、(2，2，3，4)、(3，1，3，4)、(4，1，2，4)，第一列数据是面元的标号，第2～4位数据是该面元的顶点(节点)标号。经过以上处理后得到目标的3D网络模型、以声波频率为索引数据文件。

2)计算各个板块元的强度。根据生成的3D网络模型的数据文件，基于Kirchhoff近似 [2]方法计算各板块元强度。对同一板块元计算不同水平入射角、垂直入射角、不同频率入射波对应的强度，生成水平入射角、垂直入射角、入射频率为索引的板块元强度文件。

3)划分板块元归属并计算亮点强度。根据设定的目标亮点位置，按亮点间距的一半等分目标区域，得到亮点对应表面的区域。根据表面区域划分各个板块元的归属，区域内的板块元属于该亮点的强度贡献元；区域边界线上的板块元划分到板块元两部分中大面积部分属于的那个亮点区域；区域边界线上出现多个被等分的板块元，按照交错分配方式划分到对应的亮点区域。将亮点区域内的板块元强度值进行叠加即可得到该亮点的强度值。生成以目标模型、亮点个数、入射角、入射波频率为索引的目标亮点强度数据库。以上步骤流程如图2所示。

第二步，仿真应用：在回波仿真中目标模型确定、设置的目标亮点数目确定，目标、声纳设备是运动的，主动声纳发射的脉冲频率是变化的，根据水平入射角、垂直入射角、声波频率实时查询数据库对应的亮点强度值，根据亮点强度值仿真输出回波信号。图3是仿真应用中查询获取目标亮点强度数据输入输出示意图。

优选的，为了提高计算精度，数据库中的入射角、声波频率变化步长可以根据需求设定，步长越小，得到的目标强度动态链接库数据精度越高，获取的目标强度准确度越好。

本发明还提供一种基于上述方法进行目标仿真的系统，具体包括：目标强度动态链接库生成设备，所述生成设备装有ANSYS软件，存储有目标模型数据，用于生成目标的3D网络模型；装有板块元强度计算软件，用于生成目标多亮点模型的动态链接库，所述动态链接库生成设备通过网线输入到军用信号处理机中，存储在存储器内，所述军用信号处理机连接导演台，导演台设置想定数据，包括目标型号、亮点数目及位置、声纳设备及目标的初始位置、声纳参数(如发射脉冲频率等)，想定数据通过光纤输入到军用信号处理机，信号处理机的处理单元根据参数，计算出声波水平入射角、垂直入射角，按照目标型号、亮点数目及位置、入射声波频率、水平入射角、垂直入射角等索引查询得到各亮点的强度值。根据强度值即可仿真回波。

3、发明起到的积极效果

本发明技术方案中，所提供的这种目标亮点强度获取技术具有以下积极的效果：

(1)效率高，由于是前期已经生成目标亮点强度数据库，在回波仿真应用中以直接查询的方式得到亮点强度值，避免了实时计算亮点强度的步骤，所以得到目标亮点强度的效率高；

(2)亮点强度较准确，板块元方法计算各板块元的强度精度高，合成的亮点强度值准确。该方法克服了声学亮点模型因忽略目标几何结构影响而过于粗糙，以及数值积分方法无法计算非标准几何体目标强度值的缺陷。

本发明的方法用于现役潜艇水声对抗训练中对于敌方目标回波信号的仿真中，并且直接服务于新型水声对抗设备的研制，同时还在Y-12YL导引头研制中进行应用。

附图说明

图1节点、面元数据含义

图2目标强度动态链接库生成流程图

图3查询获取目标亮点强度数据输入输出示意图

图4是本发明实施方案设备及其连接关系示意图。图中，1、目标强度动态链接库生成设备；2、导演台；3、军用信号处理机；4、信号处理机中的存储器；5、信号处理机中的运算单元；6、网线；7、光纤。

具体实施方式

下面结合试验仿真和附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细描述。

如图所示，本发明所述目标亮点模型，目标强度动态链接库生成设备是一台PC机，装有 ANSYS软件，存储有目标模型数据(包括各型潜艇、舰艇等模型)，用于生成目标的3D网络模型；装有板块元强度计算软件，用于生成目标多亮点模型的动态链接库。生成的数据库通过网线输入到军用信号处理机中，存储在存储器内。导演台设置想定数据，包括目标型号、亮点数目及位置、声纳设备及目标的初始位置、声纳参数(如发射脉冲频率等)，想定数据通过光纤输入到军用信号处理机。信号处理机的处理单元根据参数，计算出声波水平入射角、垂直入射角，按照目标型号、亮点数目及位置、入射声波频率、水平入射角、垂直入射角等索引查询得到各亮点的强度值。根据强度值即可仿真回波。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种主动声纳目标回波仿真方法，包括以下步骤：

第一步是生成目标亮点强度动态链接库；

第二步是仿真过程中得到实时鱼雷与目标的位置、亮点设置的位置、声线水平入射角、垂直入射角、声波频率等参数，查询动态链接库得到亮点强度。

2.如权利要求1所述一种主动声纳目标回波仿真方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

步骤1.1：建立目标模型的3D网络模型；

步骤1.2：计算各个板块元的强度；

步骤1.3：划分板块元归属并计算亮点强度。

3.如权利要求2所述一种主动声纳目标回波仿真方法，其特征在于，所述步骤1.1具体为：

目标外表面作三角形板块元分割，满足远场条件的最小距离Rmin＝L2/λ，其中L为船长，λ＝c/f为声波波长，用D表示板块元的最大边长，则板块元的划分尺寸范围为Rmin/10＞D＞10λ，分割后得到三角形板块元对应的节点、面元的数据文件；输出的面元数据文件第一列数据是面元的标号，第2～4位数据是该面元的顶点标号，经过以上处理后得到目标的3D网络模型，以声波频率为索引数据文件。

4.如权利要求3所述一种主动声纳目标回波仿真方法，其特征在于，所述步骤1.2具体为：

根据步骤1.1生成的3D网络模型的数据文件，基于Kirchhoff近似方法计算各板块元强度，对同一板块元计算不同水平入射角、垂直入射角、不同频率入射波对应的强度，生成水平入射角、垂直入射角、入射频率为索引的板块元强度文件。

5.如权利要求4所述一种主动声纳目标回波仿真方法，其特征在于，所述步骤1.3具体为：

根据设定的目标亮点位置，按亮点间距的一半等分目标区域，得到亮点对应表面的区域，根据表面区域划分各个板块元的归属，区域内的板块元属于该亮点的强度贡献元；区域边界线上的板块元划分到板块元两部分中大面积部分属于的那个亮点区域；区域边界线上出现多个被等分的板块元，按照交错分配方式划分到对应的亮点区域，将亮点区域内的板块元强度值进行叠加得到该亮点的强度值；生成以目标模型、亮点个数、入射角、入射波频率为索引的目标亮点强度数据库。

6.采用权利要求1至5之一所述方法进行目标亮点仿真的系统，包括，目标强度动态链接库生成设备，所述生成设备装有ANSYS软件，存储有目标模型数据，装有板块元强度计算软件，所述动态链接库生成设备通过网线输入到军用信号处理机中，所述军用信号处理机连接导演台，导演台设置想定数据，想定数据通过光纤输入到军用信号处理机，信号处理机的处理单元根据参数，计算出声波水平入射角、垂直入射角，按照目标型号、亮点数目及位置、入射声波频率、水平入射角、垂直入射角等索引查询得到各亮点的强度值。