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艇用声纳信息辅助系统软件设计的开题报告一、选题背景声纳在艇艏部位的应用已经非常普遍，作为船只的侦查手段，声纳有着不可替代的作用，它可以实时掌握海底情况，帮助船只避免水下危险。
然而，声纳的应用仅仅是收集到声波信号，而这些信号是需要被处理才能得到实用的信息的。
现有的声纳处理软件普遍需要技术力量高、熟悉声学原理等，使用门槛较高，而且还存在一些问题，比如数据处理效率低，数据处理精度不高等问题。
因此，为了提高声纳数据处理和信息辅助的效率，需要设计一套专门的艇用声纳信息辅助系统软件。
二、选题意义针对现有声纳处理软件存在的问题，设计一套高效、精确、易用的艇用声纳信息辅助系统具有非常重要的意义。
该软件利用声纳设备采集到的数据，通过一系列的算法和技术，将声波数据转化成实用的信息，为海事部门、海洋调查机构、航运公司等提供全面、准确的水下数据支持，实现水下信息快速获取、水下环境监测、水下作业准确执行等作用。
三、主要研究内容1. 艇用声纳信号处理算法的研究和实现，例如：滤波、降噪、增强和探测等方面。
2. 艇用声纳信息辅助系统界面设计，考虑到操作性和用户友好性。
3. 艇用声纳数据的可视化展示，如波形图、频谱图等。
4. 对系统进行效率测试和精度测试，从多个角度探讨如何提高数据处理效率和精度。
四、预期成果1. 完成一套可用的艇用声纳信息辅助系统软件，提高水下数据处理效率和精度。
2. 测试分析该软件的效率和精度，以及操作性和用户友好性等方面。
3. 打破原有技术的瓶颈，推动声纳领域的科技发展。
五、研究方法及步骤1. 资料搜集阶段：针对海洋、水下勘探、声学、信号处理等方面的相关文献和现有的声纳处理软件，做一定的研究和对比；2. 需求分析阶段：对声纳数据进行需求分析，确定具体的处理方法；3. 系统设计阶段：在软件设计方面，我们采用基于C++和QT的跨平台开发，同时进行艇用声纳信息辅助系统的界面设计，确定重点处理算法的实现方法；4. 编程实现阶段：软件编码和测试，开发艇用声纳数据的可视化展示功能；5. 效果测试和分析：评估软件的测试效果，验证艇用声纳信息辅助系统的性能和优劣，进行性能测试和规模测试；6. 确定进一步的发展方向，探索新的技术、算法和模型等。
一种直升机吊放声纳搜潜效能的仿真建模方法摘要：声纳是水下探测中常用的一种工具，而直升机吊放声纳则是水下探测中常用的一种方式。
本文提出了一种直升机吊放声纳搜潜效能的仿真建模方法，该方法能够有效地评估直升机吊放声纳的探测效率，并为水下探测提供一种新的技术手段。
关键词：直升机吊放声纳，搜潜效能，仿真建模一、引言声纳是水下探测中常用的一种工具，它能够通过声波的反射来探测水下物体的位置和形状等信息。
而直升机吊放声纳则是一种常用的水下探测方式，它可以通过直升机的高度和速度等因素来控制声纳的探测范围和深度。
然而，直升机吊放声纳的搜潜效能与各种因素有关，如直升机的高度、速度、声纳的频率等，因此需要进行一定的仿真建模来评估其探测效率。
二、直升机吊放声纳的搜潜效能直升机吊放声纳的搜潜效能是指声纳在不同深度下的探测效率。
声纳在水下传播时，会受到水下环境的影响，如水深、水温、水盐度等因素会影响声波的传播速度和传播距离。
因此，直升机吊放声纳的搜潜效能与水下环境因素有关。
另外，直升机吊放声纳的搜潜效能还与直升机的高度、速度、声纳的频率等因素有关。
当直升机的高度和速度较高时，声纳的探测范围和深度会降低；而当声纳的频率较高时，声波的传播距离也会降低。
因此，需要对这些因素进行仿真建模，以评估直升机吊放声纳的搜潜效能。
三、直升机吊放声纳的仿真建模方法直升机吊放声纳的仿真建模方法主要包括以下步骤：1. 建立声纳的传播模型。
根据声波在水中的传播规律，建立声纳的传播模型，包括声波的传播速度、传播距离和传播路径等。
2. 建立直升机吊放声纳的运动模型。
根据直升机的运动规律，建立直升机吊放声纳的运动模型，包括直升机的高度、速度和声纳的悬挂深度等。
3. 确定水下环境因素。
根据实际情况，确定水下环境因素，包括水深、水温、水盐度等。
4. 选择声纳的频率。
根据实际情况，选择声纳的频率，以评估其对水下物体的探测效能。
5. 进行仿真计算。
根据以上模型和参数，进行仿真计算，评估直升机吊放声纳的搜潜效能。
某型直升机飞行模拟器音效仿真系统的实现作者：张亮陈盖凯程健来源：《中国科技博览》2016年第28期[摘 ;要]飞行模拟器是飞行员常用的训练装备之一，包括飞行解算仿真，仪表仿真、视景仿真和音效仿真等多个相对独立而又互相交联的软硬件系统。
本文主要围绕某型飞机的音效仿真进行了深入研究，重点对音效仿真系统的硬件组成、软件仿真进行了深入探讨和算法实现。
通过调研某型飞机的真实状态采集了约200个飞机声音原音数据，采用若干种声音处理技术和实现方法对其进行测试，最终利用DirectSound技术实现了某型直升机飞行模拟器的音效仿真，为飞行模拟器复杂战场环境下的音效仿真提供了一种有效的实现方法和手段。
[关键词]仿真 ;飞行模拟器 ;DirectSound TCP/IP中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0161-02一、引言飞行模拟训练是飞行员进行飞行技能学习和训练的重要方式方法之一，其研制涉及飞机结构、飞行原理、模拟仿真、系统工程、电子电路、机械加工等多学科多领域，是一个人在回路的大型实时软硬件综合集成系统。
音效仿真系统是飞行模拟器的重要子系统之一，包括飞机飞行整个过程中的通电自检、发动机运行、旋翼转动、危险告警、环境音效、语音通信以及其他操作等多种声音，需要根据飞机实时飞行状态对各种声音进行声音采集，音效处理、实时调整和控制输出。
DirectSound是微软多媒体技术DirectX的组件之一，封装了大量音频处理API函数，它可以提供快速的多个声音的混合输出，允许进行波形声音的捕获、重放，提供了3D声效算法，模拟出真实的3D立体声，并且可以直接访问相关设备，通过控制硬件提供更为丰富的音效处理功能，是进行飞行模拟器音效仿真系统开发的关键技术之一。
音效仿真系统的硬件系统主要由音效处理主机（运行音效仿真系统）、交换机、功放、音箱、话筒、耳麦等部分组成，包括系统控制单元、音频混音单元、功率放大单元和音效输出单元等四部分，其中大部分都集成在标准4U机箱内，有4个通道的功放输出，8路麦克/线性输入，6路耳机/线性输出，通过以太网与飞行主仿真系统之间进行数据、语音通信。
总第173期2008年第11期舰船电子工程Ship Electronic Enginee ring Vol.28No.11119 基于H L A 吊放声纳系统模拟器设计3丁小峰1),2) 鞠建波1) 范敬泽1)(海军航空工程学院电子工程系1) 烟台 264001)(海军航空训练基地2) 青岛 266108)摘 要 介绍了吊放声纳系统模拟器的系统组成,构建了仿真联邦,给出了系统联邦成员,分析了该型吊放声纳系统模拟器的设计思想。
关键词 吊放声纳;联邦;教员控制台;设备仿真;联邦成员中图分类号 TP391.9Design of Dipp ing Sonar System Si mulator Based on HLADing Xiaof e ng 1),2) J u Jia nbo 1) Fa n Jingze 1)(Depa rtment of Electronic and In fo rmational Enginee ring ,Naval Aeronautical Engineering Institute 1),Y antai 264001)(Na val Aerona utical Tr aining Ba se 2),Qingdao 266108)Abs tra ct Thi s paper fir stly introduces the gene ral const ruction of dipping sona r syste m simulator ,builds up simulation federation a nd shows up federate ,finally analyse s t he de sign methods of dipping sonar system simulator.Ke y w ords dipping sona r ,federation ,instr ucto r console ,training simulation ,f ede rate Class N umber TP391.91 引言吊放声纳系统模拟器是根据声纳员教学训练的需要而研制的模拟训练器材。
引用格式:周烨ꎬ李启飞ꎬ李沛宗ꎬ等.主动声呐信号建模及仿真[Ｊ].电光与控制ꎬ２０２０ ２７(２):１４￣１７.ＺＨＯＵＹ ＬＩＱＦ ＬＩＰＺ ｅｔａｌ.Ａｃｔｉｖｅｓｏｎａｒｓｉｇｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＯｐｔｉｃｓ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ ２０２０ ２７(２):１４￣１７.主动声呐信号建模及仿真周㊀烨ꎬ㊀李启飞ꎬ㊀李沛宗ꎬ㊀巩健文ꎬ㊀杨日杰(海军航空大学ꎬ山东烟台㊀２６４００１)摘㊀要:结合以往主动声呐信号仿真对于目标构建较为简单㊁仿真回波与真实回波拟合度较低且数值积分计算量庞大㊁不利于复杂目标的实时预报的缺点ꎬ在构建海洋环境噪声㊁海洋混响模型的基础上整合亮点模型进行了舰船主动声呐回波信号仿真ꎮ经水池实验验证ꎬ与实验回波数据相比达到了预期效果ꎬ为声呐设备的测试改良提供了良好的借鉴和思路ꎮ关键词:信号仿真ꎻ海洋环境噪声ꎻ海洋混响ꎻ亮点模型中图分类号:Ｕ６６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１－６３７Ｘ.２０２０.０２.００４ＡｃｔｉｖｅＳｏｎａｒＳｉｇｎａｌＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＺＨＯＵＹｅ ㊀ＬＩＱｉｆｅｉ ㊀ＬＩＰｅｉｚｏｎｇ ㊀ＧＯＮＧＪｉａｎｗｅｎ ㊀ＹＡＮＧＲｉｊｉｅ(ＮａｖａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｙａｎｔａｉ２６４００１ Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔａｒｇｅｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｎａｖｉｇａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓａｃｔｉｖｅｓｏｎａｒｓｉｇｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｉｍｐｌｅｔａｒｇｅｔｍｏｄｅｌ ｌｏｗｄｅｇｒｅｅ￣ｏｆ￣ｆｉｔｔｉｎｇｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｅｃｈｏｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｌｅｃｈｏ ａｎｄｌａｒｇｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｂｕｒｄｅｎ ｗｈｉｃｈｉｓｎｏｔｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘｔａｒｇｅｔ.Ｂａｓｅｄｏｎｂｕｉｌｄｉｎｇｕｐｔｈｅｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｏｃｅａｎａｍｂｉｅｎｔｎｏｉｓｅａｎｄｔｈｅｏｃｅａｎｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｗｅｍａｄｅａｃｔｉｖｅｓｏｎａｒｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓｈｉｐｂｙｕｓｉｎｇｈｉｇｈｌｉｇｈｔｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｐｏｏｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ ｔｈｅｅｃｈｏｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｅｆｆｅｃｔｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｅｃｈｏｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈｓｕｐｐｌｉｅｄａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｅｓｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｏｎａｒｓｅｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｉｇｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｏｃｅａｎａｍｂｉｅｎｔｎｏｉｓｅꎻｏｃｅａｎｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎꎻｈｉｇｈｌｉｇｈｔｍｏｄｅｌ０㊀引言利用主动声呐浮标可以实现对水下目标及地形的精确探测ꎬ以及针对水下目标的精确跟踪㊁识别和信号检测[１]ꎮ航船主动声呐研究自２０世纪５０年代开始已历经半个世纪ꎬ目前仍然有很多难以解决的问题ꎬ包括背景噪声处理㊁目标识别等[２－３]ꎮ伴随着各国海洋战略的出台ꎬ和电子技术以及信号处理技术的发展ꎬ各国均将建立完善的水下目标特征资料库作为主动声呐发展的重点ꎬ因此ꎬ构建主动声呐信号仿真模型对于航船声呐设备发展以及现代海上远航都具有重要意义[４]ꎮ１㊀主动声呐回波模型构建主动声呐是通过水下换能器发射具有特定信号特收稿日期:２０１９￣０３￣２１㊀㊀㊀㊀修回日期:２０１９￣１２￣０４基金项目:山东省重点研发计划(２０１６ＣＹＪＳ０２Ａ０１)作者简介:周㊀烨(１９９５ )ꎬ男ꎬ河北沧州人ꎬ硕士生ꎬ研究方向为水声工程ꎮ征的声波ꎬ在经历水下目标的作用后由水听器接收回声信号来获取水下环境以及水下目标特征ꎮ在这个过程中ꎬ水听器接收的回波信号并不完全是有效信息ꎮ在海洋环境中存在多种噪声干扰ꎬ包括在海区普遍存在的海洋环境噪声干扰和混响干扰[５]ꎮ为了能真实仿真主动声呐回波信号的各类信息ꎬ对海洋环境噪声和海洋混响建模也成为声呐回波模型不可或缺的一部分[６－７]ꎮ主动声呐回波模型的构建主要包括对主动声呐发射信号的生成ꎬ海洋环境噪声的模拟ꎬ海洋混响场模拟以及目标强度特性模拟和最后的主动声呐回波仿真ꎮ１.１㊀海洋环境噪声模型真实的海洋环境噪声具有时变性ꎬ这使得很难用一个确定的数学模型对它进行建模仿真ꎮ从２０世纪３０年代开始ꎬ人们对于海洋环境噪声已经开展了全方位研究ꎬ特别是对海洋环境噪声的谱级测量ꎬ在大量实测数据的支撑下ꎬ形成了基于实测数据的近似经验公式进行海洋环境噪声预报工作ꎮ在实际仿真中ꎬ通常以海况来描述所处海区情况ꎬ有一种浅海环境噪声经验公式来近似描述海况与环境噪声谱级的关系[８]ꎬ即Ｖｏｌ.２７㊀Ｎｏ.２Ｆｅｂ.２０２０㊀㊀第２７卷㊀第２期２０２０年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀电㊀光㊀与㊀控㊀制ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＯｐｔｉｃｓ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ周㊀烨等:㊀主动声呐信号建模及仿真ＮＬ(ｆ)＝１０ｌｇｆ－１.７＋６Ｓ＋５５(１)式中:ｆ为声信号频率ꎻＳ为当时海况等级ꎻＮＬ表示海洋环境噪声谱级ꎮ在一定深度上ꎬ环境噪声的振幅分布满足高斯分布ꎬ因此当计算出海洋环境噪声谱之后ꎬ可以利用高斯噪声近似模拟时域信号ꎬ产生Ｎ(ａꎬｂ)的随机噪声序列ꎬ并进行傅里叶变换取其频域信息ꎬ得到随机噪声的频域函数Ｒ(ｗ)ꎮ最后令ＮＬ(ｆ)和Ｒ(ｗ)相乘ꎬ得到Ｎ(ｆ)＝ＮＬ(ｆ)ˑＲ(ｆ)(２)对其进行傅里叶反变换ꎬ可得到时域海洋环境噪声序列Ｎ(ｔ)ꎬ即具有特定振幅分布和谱级曲线要求的仿真海洋环境噪声序列[９]ꎮ在设定３级海况的模拟环境中ꎬ仿真结果如图１㊁图２所示ꎮ图１㊀海洋环境噪声时域仿真Ｆｉｇ.１㊀Ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍａｒｉｎｅａｍｂｉｅｎｔｎｏｉｓｅ图２㊀海洋环境噪声频域仿真Ｆｉｇ.２㊀Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍａｒｉｎｅａｍｂｉｅｎｔｎｏｉｓｅ１.２㊀混响模拟海洋中的混响由体积混响㊁界面混响和海底混响组成ꎬ本文设定为在浅海环境中进行主动声呐回波仿真ꎬ因此暂不考虑体积混响ꎮ由于存在着多途影响ꎬ再加上射线声学有着诸多的局限性ꎬ可以采用简正波模型进行描述[１０－１１]ꎮ本文基于射线 简正波类比ꎬ采用了简正波方法来模拟浅海中的混响场ꎮ其中ꎬ构建的混响模型表示为㊀㊀Ｒ(ｔ)＝Ｉ０∬Ａ(ｔ)ｍｎＨ(ｒｍｎ)Ｈ(ｒｍｎ)ＳｍｎｄＡｍｎ(３)式中:Ｒ为时间ｔ的混响级ꎻＩ０为ｔ持续时间内的声源的强度ꎻＨｍ为沿着路径ｍ从声源至散射元的传播函数ꎻＨｎ表示沿着路径ｎ从散射元到接收水听器的传播函数ꎻＳｍｎ＝Ｓ(θｍꎬθｎꎬϕ)表示散射函数ꎬ具体表示从入射ｍ到出射ｎ的每一个单位面积ｄＡｍｎ的散射ꎻｒ为声源与目标的声程ꎻ求和是对于所有散射波进行计算ꎬ而积分只是在时间ｔ内对混响有贡献的散射面积内进行ꎻ对于简正波方法ꎬ声能量通过每一号简正波传播ꎬ其中的双求和是指对模进行的ꎻ两个Ｈ是不同散射体激发散射波的传播损失ꎻＳｍｎ也描述为模态耦合函数ꎮ简正波理论认为混响的形成由３个过程组成ꎬ声能量在经过前向传播之后到达散射点ꎬ经过散射点的散射之后再经过传播到达接收点形成混响[１２]ꎮ因此在入射波激励下的海底散射声场可以表示为㊀Ｐｒｅｃ(ｒ)＝２πｉｒ Ｍｍ＝１Ｚｍ(ｚｓ)Ａｍ(ｚｂ)ｅ－δｍｒｋｍｅｉ[ｋｒ－φｍ(ｚｂ)]ˑ Ｍｎ＝１Ｚｎ(ｚｓ)Ａｎ(ｚｂ)ｅ－δｎｒｋｎｅｉ[ｋｒ－φｎ(ｚｂ)]ˑｇｍｎｅｉϕｍｎ(４)式中:φｍꎬφｎ代表不同简正波号数ꎬϕｍｎ表示传播项ꎻ对Ｚｍ和Ｚｎ的求解是关键ꎬ基于Ｋｒａｋｅｎ简正波海洋模型ꎬ可以求解出每一号简正波的本征函数和本征值ꎬ则混响强度可以表示为㊀㊀Ｒｒａｙ(ｔ)＝ʏτ００Ｉ０(τ) ｎＨｎ(ｒｍｎ)Ｓ(θｍꎬθｎ)ｄＡｍｎ(５)利用射线 简正波类比方法ꎬ每一号简正波都有各自的传播时间ꎬ其海洋混响仿真结果如图３㊁图４所示ꎮ图３㊀混响模拟(线性调频信号激励)Ｆｉｇ.３㊀Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ(ＬＦＭｓｉｇｎａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ)图４㊀混响强度Ｆｉｇ.４㊀Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙ５１㊀第２期１.３㊀回波亮点模型以往对于主动声呐目标回波信号仿真中大多采用直接将信号进行时延处理ꎬ对于运动目标的处理则会采用人为加入相移来仿真回波信号ꎬ这种方法得到的回波仿真只能粗略模拟目标回波的基本特性以及大致实现定向功能ꎬ回波信号的仿真有效程度不高[１３]ꎮ对此ꎬ本文采用亮点模型来模拟水下目标的散射特性ꎮ在对水下目标建模中ꎬ在声散射情况下镜反射点的反射波强度是最大的ꎮ在入射声波为高频的条件下ꎬ目标亮点主要由几何亮点和弹性亮点组成ꎮ在仿真设计中ꎬ特别是远场情况下ꎬ可以把水下目标看作刚性材料ꎬ由此弹性回波不予考虑ꎮ在亮点模型中ꎬ一般将水下目标看作是一个网络系统ꎬ主动声呐的入射声波是激励ꎬ回波则被看作系统在激励下的响应ꎮ亮点的传输函数表达为Ｈ(ｒꎬω)＝ Ｎｍ＝１Ａｍ(ｒꎬω)ｅｊωｔｅｊϕ(６)对于传输函数ꎬ解出其中不同的幅度散射因子㊁时延和相移即可ꎬ以往的文献对于时延和相移讨论的很多ꎬ而对于幅度散射因子ꎬ因为环境和目标物的差异导致其很难给出确定的表达形式ꎬ其可近似为Ａｉ＝１０ＴＳꎬｉ/２０(７)式中ꎬＴＳꎬｉ为单个亮点目标的目标强度ꎮ这样ꎬ求解亮点的目标强度就可以求出Ａｉꎮ在讨论实际任意形状目标的几何声散射中ꎬ已经有相对成熟的Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似法对简单形状目标进行讨论ꎮ一般来说ꎬ水下目标的散射声场可以表示为Ｉ＝ʏｓｅｉｋ２ΔｒｃｏｓθｄＳ(８)式中:Δｒ为入射声线到表面与目标声中心的声程差ꎻＳ为目标受声线照射部分面积ꎻθ为入射声线与接触点法向量夹角ꎮ目标强度ＴＳ可以表示为ＴＳ＝１０ｌｇＩ２λ２()(９)因此ꎬ对于目标强度的求解可以转化为对于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ的积分求解ꎮ一个复杂的声呐目标可以分解为类似球㊁圆柱㊁椭球㊁椎体等目标ꎮ对于球体和圆柱体ꎬ可以直接将Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分求解ꎮ有限长圆柱体的目标强度可以表示为ＴＳ＝１０ｌｇ[Ｒ１Ｌ２２λ(１＋Ｒ１/ｒ)(ｓｉｎββ)２ｃｏｓ２θ](１０)式中:θ为声波入射角ꎻＲ１为底边半径ꎻβ＝ｋＬｓｉｎθꎬｋ为２π/λꎮ任意凸形物体的目标强度可表示为ＴＳ＝１０ｌｇＲ１Ｒ２４(１＋Ｒ１/ｒ)(１＋Ｒ２/ｒ)(１１)依据此式可进行椭球体计算ꎬ设椭球体的长轴为ａꎬ短轴为ｂꎬ在短轴方向入射时ꎬ其曲率半径为Ｒ１＝ｂ２/ａꎬＲ２＝ａꎻ当在长轴方向入射时ꎬ曲率半径均为ａ２/ｂꎬ计算时将其代入式(１１)求目标强度ꎮ对于椎体的计算ꎬ可以按照椎顶的目标强度计算ꎬ即ＴＳ＝１０ｌｇ[(λ２８π)ｔａｎ４ψ(１－ｓｉｎ２θｃｏｓ２ψ)－３](１２)式中:ψ是椎体的开角ꎬ为方便计算ꎬ取值为４５ʎꎮ２㊀水下目标建模分析本文用简单潜艇模型作为水下目标ꎬ将潜艇目标等效为３亮点模型ꎬ如图５所示ꎬ亮点位置分别位于艇艏㊁艇体和艇艉ꎮ用椭球体来仿真艇艏亮点ꎬ用椎体仿真艇艉亮点ꎬ有限长圆柱体模拟艇体亮点[１３]ꎮ图５㊀潜艇３亮点模型Ｆｉｇ.５㊀Ｔｈｅ３￣ｈｉｇｈｌｉｇｈｔｍｏｄｅｌｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅ㊀㊀在以线性调频(ＬＦＭ)信号为探测信号的前提下ꎬ目标散射特性仿真结果如图６所示ꎮ图６㊀目标散射特性Ｆｉｇ.６㊀Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔ㊀㊀根据目标散射特性ꎬ结合入射波ꎬ即可得到目标回波信号ꎬ外加之前仿真得到的噪声信号ꎬ可得到主动声呐探测模拟信号ꎬ如图７所示ꎮ图７㊀声呐仿真信号Ｆｉｇ.７㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｓｏｎａｒ６１第２７卷㊀电㊀光㊀与㊀控㊀制周㊀烨等:㊀主动声呐信号建模及仿真３㊀实验验证为进一步验证仿真模型相较于传统仿真更能真实地反映水下目标回波模拟结果ꎬ采用水池实验ꎬ在水池中放置潜艇等比例仿真模型ꎬ通过换能器相对于目标物４５ʎ发射ＬＦＭ信号ꎮ其实验测试结果如图８所示ꎮ图８㊀实验回波信号Ｆｉｇ.８㊀Ｔｅｓｔｅｃｈｏｓｉｇｎａｌ㊀㊀由于水池实验中已经进行了降噪处理ꎬ可以看作自由场ꎬ直接进行声呐目标亮点模型的对比ꎮ仿真结果见图９ꎮ图９㊀仿真回波信号Ｆｉｇ.９㊀Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｅｃｈｏｓｉｇｎａｌ㊀㊀由结果可知ꎬ仿真信号与水池实验中的模型回波信号在回波特性上基本相符ꎬ在计算后的同时间节点出现散射波ꎬ求取其相关频谱ꎬ结果如图１０所示ꎮ图１０㊀多亮点回波信号对比Ｆｉｇ.１０㊀Ｍｕｌｔｉ￣ｈｉｇｈｌｉｇｈｔｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒａｓｔ㊀㊀由图１０可得ꎬ在３００Ｈｚꎬ５００Ｈｚ和８００Ｈｚ时达到了频响峰值ꎬ在变化趋势和峰值位置上ꎬ仿真信号和实测信号基本一致ꎬ从而说明所建立的回波仿真达到了预期效果ꎮ４㊀结语本文构建了水下目标回波信号仿真模型ꎬ结合仿真后的海洋环境噪声和海洋混响ꎬ得出了水下目标的回波仿真ꎬ极大缩短了计算时间ꎬ经实验验证ꎬ与实际回波数据相比ꎬ达到了预期效果ꎮ不足之处是仿真仅模拟了水下目标的几何亮点回波ꎬ由实验回波可知ꎬ在几何回波后仍有不可忽略的弹性回波成分ꎬ如何对目标的弹性回波进行建模仿真ꎬ是后续工作的重点ꎮ参考文献[１]㊀柴鹏.主动声纳水下探测实时并行仿真系统[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２０１６.[２]㊀张志彬.声纳平台水声信号处理研究与实现[Ｄ].石家庄:河北科技大学ꎬ２０１４.[３]㊀姜姝.水下目标回波几何亮点结构的形态学研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２０１４.[４]㊀徐天杨ꎬ李秀坤ꎬ吴蔚ꎬ等.水下目标声散射角特征建模[Ｊ].指挥信息系统与技术ꎬ２０１６ ７(５):５５￣６１.[５]㊀李整林.水平缓变浅海的绝热简正波相干混响理论[Ｃ]//中国声学学会２００８年全国声学学术会议论文集ꎬ２００８:１２０￣１２１.[６]㊀杨伏洲ꎬ范若楠ꎬ赵罡ꎬ等.基于大尺度目标强亮点散射的时反特性[Ｊ].计算机仿真ꎬ２０１６ ３３(７):４０￣４４.[７]㊀刘大勇.海底混响信号仿真研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２０１３.[８]㊀刘媛昕ꎬ吴艳群ꎬ马树青ꎬ等.海洋环境对海面源噪声场的影响分析[Ｊ].南京大学学报:自然科学版ꎬ２０１７ ５３(４):６３８￣６４５.[９]㊀汤渭霖ꎬ范军ꎬ马忠成ꎬ等.«水中目标声散射»[Ｊ].声学学报ꎬ２０１８ ４３(５):８７３.[１０]㊀吕艳梅ꎬ王洪锋ꎬ孙江生.一种多传感器数据融合仿真平台的设计[Ｊ].电光与控制ꎬ２００４ １１(１):２２￣２４.[１１]㊀郭业才ꎬ赵俊渭.海洋环境噪声预报建模与算法研究[Ｊ].舰船科学技术ꎬ２００４(４):２６￣３０.[１２]㊀ＥＬＬＩＳＤＤ.Ａｓｈａｌｌｏｗ￣ｗａｔｅｒｎｏｒｍａｌ￣ｍｏｄｅｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉ￣ｃａ １９９５ ９７(５):２８０４￣２８１４.[１３]㊀向小梅ꎬ蒋楚鸥.潜艇与多亮点靶标回波展宽和亮点起伏特性研究[Ｊ].舰船电子工程ꎬ２０１６ ３６(２):１２９￣１３２.７１㊀第２期。
一种直升机吊放声纳搜潜效能的仿真建模方法摘要：声纳搜潜技术在现代海洋勘探中发挥着重要作用，而直升机吊放声纳搜潜技术是其中一种常用的方法。
本文提出了一种基于仿真建模的直升机吊放声纳搜潜效能评估方法，通过对仿真模型的建立和效能评估，可以有效地提高声纳搜潜技术的应用效果。
关键词：声纳搜潜；直升机吊放；仿真建模；效能评估一、引言声纳搜潜技术是一种利用声波探测水下目标的技术，广泛应用于海洋勘探、海洋环境监测、海洋资源开发等领域。
而直升机吊放声纳搜潜技术是其中一种常用的方法，具有响应速度快、覆盖面积广等优点，因此在海洋勘探中得到了广泛应用。
然而，直升机吊放声纳搜潜技术的效果受到多种因素的影响，如直升机的飞行高度、速度、声纳探测深度等，因此需要对其效能进行评估，以提高其应用效果。
本文提出了一种基于仿真建模的直升机吊放声纳搜潜效能评估方法，通过对仿真模型的建立和效能评估，可以有效地提高声纳搜潜技术的应用效果。
二、直升机吊放声纳搜潜技术直升机吊放声纳搜潜技术是一种利用直升机将声纳设备吊放到水面以上，通过声波探测水下目标的技术。
其主要优点包括：1. 响应速度快：直升机吊放声纳设备可以快速到达目标区域，进行探测。
2. 覆盖面积广：直升机可以在较短时间内覆盖大面积的海域，提高探测效率。
3. 灵活性高：直升机可以根据需要进行高度、速度等调整，适应不同的探测需求。
但是，直升机吊放声纳搜潜技术也存在一些缺点，如：1. 飞行稳定性差：直升机在飞行过程中容易受到气流等因素的影响，导致声纳设备的探测效果受到影响。
2. 噪音干扰：直升机本身会产生噪音，容易干扰声纳设备的探测结果。
3. 探测深度受限：直升机吊放声纳设备的探测深度受到直升机高度的限制，不能深入水下进行探测。
因此，为了提高直升机吊放声纳搜潜技术的效果，需要对其进行有效的评估和优化。
三、仿真建模方法针对直升机吊放声纳搜潜技术的评估问题，本文提出了一种基于仿真建模的方法。
具体步骤如下：1. 建立声纳搜潜仿真模型：根据实际情况，建立声纳搜潜仿真模型，包括水下目标、声纳设备、直升机等。
