CN110427662A - 一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法 - Google Patents

一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法 Download PDF

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Abstract

一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法，包括如下步骤：采用三维激光扫描方式，扫描获取舰船目标的扫描模型数据；将扫描模型和原仿真模型分别导入远场散射仿真软件中进行典型工况的仿真计算，获取扫描模型仿真结果Q1和原仿真模型结果Q2；将上述量结果和对应的试验结果Q3相互相减取绝对值，分别得出∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣；设定一个差距限值△Q，通过∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小来判断误差来源；本方案有助于找出误差来源，为对各种舰船目标在远场散射特性仿真过程中的误差成因甑别与缩减提供指导；采用三维激光扫描较以往的拍照式扫描技术更为方便和准确。

Description

一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别 方法
技术领域
本发明涉及电磁散射领域的远场散射仿真误差甑别方法，具体说是一种 基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法。
背景技术
通常在目标远场散射的仿真与试验对比中，难以确定二者间误差的来 源。因为，即使是在假定试验是真值的获取手段前提下，误差既可能源自 物理模型的制作偏差，即物理模型与原仿真模型之间的差异，也可能源自 仿真算法理论的固有误差。由于舰船类模型较为复杂，通常难以有效的甑 别误差来源，难以进行针对性的改进。
发明内容
本发明要解决的问题是：由于舰船类模型较为复杂，在目标远场散射 的仿真与试验对比中，难以确定二者间误差的来源，难以进行针对性的改 进。
本发明采用的技术方案是：一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射 仿真误差甑别方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1:采用三维激光扫描方式，扫描获取舰船目标的扫描模型数据；
步骤2:将扫描模型和原仿真模型分别导入远场散射仿真软件中进行典 型工况的仿真计算，获取扫描模型仿真结果Q1和原仿真模型结果Q2；
步骤3:将上述量结果和对应的试验结果Q3相互相减取绝对值，分别得出 ∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣；再设定一个差距限值△Q(如1dB)，通过∣Q3 －Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小来判断误差来源。
进一步的，所述差距限值△Q的取值范围为0.5～3dB。
进一步的，所述通过∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小 来判断误差来源的具体分析过程如下：
情形1:当∣Q2－Q1∣<△Q，∣Q3－Q2∣>△Q，表示误差源自仿真算法 理论的固有误差；
情形2:当∣Q3－Q2∣<△Q，曲线∣Q2－Q1∣>△Q，表示误差源自物理 模型的制作偏差；
情形3:当∣Q3－Q2∣<△Q，曲线∣Q2－Q1∣<△Q，表示误差已经小于 设定的差距限值，可以视为较为理想的无误差状态；
情形4:当∣Q3－Q2∣>△Q，曲线∣Q2－Q1∣>△Q，表示误差源自上述 两种误差的叠加，即仿真算法理论的固有误差和物理模型的制作偏差，还 需要进一步深入甑别。
进一步的，所述情形4中，当∣Q3－Q2∣>∣Q2－Q1∣>△Q时，误差 主要源自仿真算法理论的固有误差；
当∣Q2－Q1∣>∣Q3－Q2∣>△Q时，误差主要源自物理模型的制作偏 差。因此，基于上述分析手段，我们可以甑别出误差的主要来源，为下一 步进行误差控制与缩减提供指导方向。该方法还可以迭代使用，以逐步减 小误差。
本发明的有益效果和特点是：
(1)基于三维激光扫描的方法可将仿真使用的仿真模型和试验处理的 物理模型关联起来，进行仿真对比，可甑别原仿真模型结果与试验之间的 误差是来自于物理模型(通常是金属的缩比模型)的制作偏差，还是仿真 算法理论的固有误差；从而有助于找出误差来源，为对各种舰船目标在远 场散射特性仿真过程中的误差成因甑别与缩减提供指导。
(2)采用三维激光扫描较以往的拍照式扫描技术更为方便和准确。
附图说明
图1是本发明较佳实施例扫描模型仿真结果Q1、原仿真模型结果Q2及 试验结果Q3三条曲线对比示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
本发明提出了一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑 别方法，包括如下步骤：
步骤1:采用三维激光扫描方式，扫描获取舰船目标的扫描模型数据。
步骤2:将扫描模型和原仿真模型分别导入远场散射仿真软件中进行典 型工况的仿真计算，获取扫描模型仿真结果Q1和原仿真模型结果Q2。
步骤3:将上述量结果和对应的试验结果Q3相互相减取绝对值，分别得 出∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣；再设定一个差距限值△Q(优选设定为0.5dB ～3dB)，通过∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小来判断误差 来源。
所述通过∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小来判断误差 来源的具体分析过程如下：
情形1:当∣Q2－Q1∣<△Q，∣Q3－Q2∣>△Q，表示误差源自仿真算法 理论的固有误差；
情形2:当∣Q3－Q2∣<△Q，曲线∣Q2－Q1∣>△Q，表示误差源自物理 模型的制作偏差；
情形3:当∣Q3－Q2∣<△Q，曲线∣Q2－Q1∣<△Q，表示误差已经小于 设定的差距限值，可以视为较为理想的无误差状态；
情形4:当∣Q3－Q2∣>△Q，曲线∣Q2－Q1∣>△Q，表示误差源自上述 两种误差的叠加，即仿真算法理论的固有误差和物理模型的制作偏差，还 需要进一步深入甑别；具体的，当∣Q3－Q2∣>∣Q2－Q1∣>△Q时，误差主 要源自仿真算法理论的固有误差；当∣Q2－Q1∣>∣Q3－Q2∣>△Q时，误差 主要源自物理模型的制作偏差；因此，基于上述分析手段，我们可以甑别 出误差的主要来源，为下一步进行误差控制与缩减提供指导方向。该方法 还可以迭代使用，以逐步减小误差。
通过三维激光扫描技术对舰船目标的外形进行扫描，将扫描的几何模 型(简称为扫描模型)与原仿真的几何模型(简称为原仿真模型)均进行 仿真计算，以及与试验结果的对比分析，在假定试验是真值的获取手段前 提下，即可甑别原仿真模型结果与试验之间的误差是来自于物理模型(通 常是金属的缩比模型)的制作偏差，还是仿真算法理论的固有误差。由于 三维激光扫描较以往的拍照式扫描技术更为方便和准确，故在本方法中采 用的是三维激光扫描技术。
具体实例：
假定某一舰船目标，分析的频率为150GHz，水平极化，电磁波沿水平 方向朝舰船目标全方位入射。参考上述方法步骤，可以分别得到仿真模型 和扫描模型。因此，根据上述误差甑别方法，假设差距限值△Q为1dB，可 得如图1所示的Q1、Q2、Q3三条曲线对比示意图。从图中，我们可以看出， 在0－40度左右的范围内，主要的误差来源是仿真算法理论的固有误差， 在130－360度左右的范围内，主要的误差来源是物理模型的制作偏差。基 于上述分析，可以看出利用本方法可以较好的甑别出误差来源。
本发明通过三维激光扫描技术对舰船目标的外形进行扫描，将扫描的几 何模型(简称为扫描模型)与原仿真的几何模型(简称为原仿真模型)均 进行仿真计算，以及与试验结果的对比分析，即可甑别原仿真模型结果与 试验之间的误差是来自于物理模型(通常是金属的缩比模型)的制作偏差， 还是仿真算法理论的固有误差，为进一步提高预测精度提供误差甑别手段。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本 行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和 说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神 和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入 要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1:采用三维激光扫描方式，扫描获取舰船目标的扫描模型数据；
步骤2:将扫描模型和原仿真模型分别导入远场散射仿真软件中进行典型工况的仿真计算，获取扫描模型仿真结果Q1和原仿真模型结果Q2；
步骤3:将上述量结果和对应的试验结果Q3相互相减取绝对值，分别得出∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣；再设定一个差距限值△Q，通过∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小来判断误差来源。
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法，其特征在于：所述差距限值△Q的取值范围为0.5～3dB。
3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法，其特征在于：所述通过∣Q3－Q2∣、∣Q2－Q1∣的与差距限值△Q的大小来判断误差来源的具体分析过程如下：
情形1:当∣Q2－Q1∣<△Q，∣Q3－Q2∣>△Q，表示误差源自仿真算法理论的固有误差；
情形2:当∣Q3－Q2∣<△Q，曲线∣Q2－Q1∣>△Q，表示误差源自物理模型的制作偏差；
情形3:当∣Q3－Q2∣<△Q，曲线∣Q2－Q1∣<△Q，表示误差已经小于设定的差距限值，可以视为较为理想的无误差状态；
情形4:当∣Q3－Q2∣>△Q，曲线∣Q2－Q1∣>△Q，表示误差源自上述两种误差的叠加，即仿真算法理论的固有误差和物理模型的制作偏差，还需要进一步深入甑别。
4.根据权利要求3所述的基于三维激光扫描的舰船目标远场散射仿真误差甑别方法，其特征在于：
所述情形4中，当∣Q3－Q2∣>∣Q2－Q1∣>△Q时，误差源自仿真算法理论的固有误差；
当∣Q2－Q1∣>∣Q3－Q2∣>△Q时，误差源自物理模型的制作偏差。
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