基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，屬于水下目標(biāo)聲輻射【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的方法包括以下步驟：首先基于研究對(duì)象的不確定性，確定研究頻段的范圍；其次基于模態(tài)分解理論以及不同的模型結(jié)構(gòu)，確定模擬聲壓方程；再次基于模態(tài)截?cái)嗬碚?，采用較高的周向模態(tài)階數(shù)，計(jì)算合適的較低階軸向模態(tài)階數(shù)；然后采用較高的軸向模態(tài)階數(shù)，計(jì)算合適的較低階周向模態(tài)階數(shù)；最后計(jì)算得到仿真計(jì)算的輻射信號(hào)，從而對(duì)水下目標(biāo)聲輻射情況進(jìn)行分析。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)利用較少的模態(tài)階數(shù)來(lái)準(zhǔn)確模擬徑向振動(dòng)引起的水下目標(biāo)聲輻射信號(hào)，因而其計(jì)算復(fù)雜度低、準(zhǔn)確性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)聲福射信號(hào)模擬方法，屬于水下目標(biāo)聲輻射【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]基于模態(tài)分解理論的聲輻射信號(hào)研究在水下目標(biāo)分析中被廣泛應(yīng)用。理論認(rèn)為只有軸向和周向模態(tài)都選取無(wú)窮階疊加時(shí)才能真正模擬輻射信號(hào)。但是關(guān)于水下目標(biāo)分析，實(shí)時(shí)性又是其重要指標(biāo)，而無(wú)窮階疊加就做不到實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí)關(guān)于模態(tài)階數(shù)選取的問(wèn)題一直沒(méi)有解決，沒(méi)有一個(gè)靈活多變的模態(tài)階數(shù)方法，導(dǎo)致水下目標(biāo)聲輻射信號(hào)計(jì)算復(fù)雜度較高和準(zhǔn)確性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題的不足，提出一種基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，本發(fā)明不僅能夠根據(jù)研究頻段以及研究模型的不同，靈活的選取模態(tài)階數(shù)，用最少的模態(tài)模擬最真實(shí)的輻射信號(hào)，而且其計(jì)算復(fù)雜度低、準(zhǔn)確性高。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案是:一種基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征包括以下步驟:第一步:根據(jù)研究對(duì)象的模型結(jié)構(gòu)，確定研究對(duì)象的頻段范圍；第二步:基于模態(tài)分解理論，確定該研究對(duì)象所對(duì)應(yīng)模型結(jié)構(gòu)的模擬聲壓方程；第三步:基于模態(tài)截?cái)嗬碚?，分別計(jì)算周向模態(tài)階數(shù)、軸向模態(tài)階數(shù)，其中，采用較高的周向模態(tài)階數(shù)，計(jì)算合適的較低階軸向模態(tài)階數(shù)；采用較高的軸向模態(tài)階數(shù)，計(jì)算合適的較低階周向模態(tài)階數(shù)；第四步:由第一步中所確定的研究對(duì)象的頻段范圍、第二步中確定的聲壓方程、第三步中確定的軸向模態(tài)階數(shù)、周向模態(tài)階數(shù)仿真計(jì)算出水下目標(biāo)的聲輻射信號(hào)；通過(guò)對(duì)聲輻射信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)研究對(duì)象的目標(biāo)識(shí)別。
[0005]優(yōu)選的:在第一步中，當(dāng)所述研究對(duì)象的模型涉及到少數(shù)肋骨、加肋平板、艙板時(shí)，所述頻段選用高頻段，此時(shí)所述頻率范圍為波長(zhǎng)
對(duì)應(yīng)頻率到20KHz ;當(dāng)所述研究對(duì)象的模型涉及到在剛性柱面障板上的柱形殼體共振的重要性時(shí)，所述頻段選用中頻段，此時(shí)所述頻率范圍為波長(zhǎng)A 二 ￡/2到波長(zhǎng)I 二 a相對(duì)應(yīng)頻率；當(dāng)所述研究對(duì)象的模型涉及整個(gè)船體、剛體平移或旋轉(zhuǎn)梁的彎曲振動(dòng)、手風(fēng)琴式振動(dòng)時(shí)，所述頻段選用低頻段，此時(shí)所述頻率范圍為IHz到波長(zhǎng)1=￡/2對(duì)應(yīng)頻率；其中尤代
表目標(biāo)的長(zhǎng)度，?代表有效橫截面積半徑，頻車(chē)￡與波長(zhǎng)a對(duì)應(yīng)關(guān)系為:/ = 4，為聲音
在水中傳播速度。
[0006]優(yōu)選的:在第二步中，采用單層圓柱殼體作為水下目標(biāo)聲輻射模擬的基本模型，在基本模型上附加子結(jié)構(gòu)即構(gòu)成研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)模型，所附加的子結(jié)構(gòu)包括肋、艙板；對(duì)于前述單層圓柱殼體基本模型，基于模態(tài)分解理論，以圓柱殼體的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)￡>，以圓柱殼體的中心軸為z軸，以觀測(cè)點(diǎn)與z軸之間的距離為;r軸，同時(shí)結(jié)合觀測(cè)角度爐，該觀測(cè)角度角是指觀測(cè)點(diǎn)沿圓柱殼體半徑方向與豎直方向的夾角，建立柱坐標(biāo)系，則觀測(cè)點(diǎn) (dfj的聲壓方程如下:
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【權(quán)利要求】
1.一種基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征包括以下步驟:第一步:根據(jù)研究對(duì)象的模型結(jié)構(gòu)，確定研究對(duì)象的頻段范圍；第二步:基于模態(tài)分解理論，確定該研究對(duì)象所對(duì)應(yīng)模型結(jié)構(gòu)的模擬聲壓方程；第三步:基于模態(tài)截?cái)嗬碚?，分別計(jì)算周向模態(tài)階數(shù)、軸向模態(tài)階數(shù)，其中，采用較高的周向模態(tài)階數(shù)，計(jì)算合適的較低階軸向模態(tài)階數(shù)；采用較高的軸向模態(tài)階數(shù)，計(jì)算合適的較低階周向模態(tài)階數(shù)；第四步:由第一步中所確定的研究對(duì)象的頻段范圍、第二步中確定的聲壓方程、第三步中確定的軸向模態(tài)階數(shù)、周向模態(tài)階數(shù)仿真計(jì)算出水下目標(biāo)的聲輻射信號(hào)；通過(guò)對(duì)聲輻射信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)研究對(duì)象的目標(biāo)識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征在于:在第一步中，當(dāng)所述研究對(duì)象的模型涉及到少數(shù)肋骨、加肋平板、艙板時(shí)，所述頻段選用高頻段，此時(shí)所述頻率范圍為波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)頻率到20KHz ;當(dāng)所述研究對(duì)象的模型涉及到在剛性柱面障板上的柱形殼體共振的重要性時(shí)，所述頻段選用中頻段，此時(shí)所述頻率范圍為波長(zhǎng)A二￡/2到波長(zhǎng)l = a相對(duì)應(yīng)頻率；當(dāng)所述研究對(duì)象的模型涉及整個(gè)船體、剛體平移或旋轉(zhuǎn)梁的彎曲振動(dòng)、手風(fēng)琴式振動(dòng)時(shí)，所述頻段選用低頻段，此時(shí)所述頻率范圍為IHz到波長(zhǎng)1=￡/2對(duì)應(yīng)頻率;其中i代表目標(biāo)的長(zhǎng)度〃代表有效橫截面積半徑，頻率￡與波長(zhǎng)3對(duì)應(yīng)關(guān)系為= f，為聲音 MJAA C在水中傳播速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征在于:在第二步中，采用單層圓柱殼體作為水下目標(biāo)聲輻射模擬的基本模型，在基本模型上附加子結(jié)構(gòu)即構(gòu)成研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)模型，所附加的子結(jié)構(gòu)包括肋、艙板； 對(duì)于前述單層圓柱殼體基本模型，基于模態(tài)分解理論，以圓柱殼體的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn) o，以圓柱殼體的中心軸為2軸，以觀測(cè)點(diǎn)與z軸之間的距離為r軸，同時(shí)結(jié)合觀測(cè)角度貨，該觀測(cè)角度角是指觀測(cè)點(diǎn)沿圓柱殼體半徑方向與豎直方向的夾角，建立柱坐標(biāo)系，則觀測(cè)點(diǎn)(df)的聲壓方程如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征在于:在第三步中，確定軸向模態(tài)階數(shù)的公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征在于:在第三步中，確定周向模態(tài)階數(shù)的公式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于模態(tài)分解的水下目標(biāo)殼體徑向振動(dòng)低頻聲輻射信號(hào)快速估計(jì)方法，其特征在于:所述聲壓采用聲壓級(jí)SPL的方式處理，該聲壓級(jí)SPL的公式為:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103593571SQ201310597616
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】方世良, 安良, 程強(qiáng) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)