基于高斯波束射线追踪算法DSP软件研究与实现

发布时间：2020-06-07 11:41

【摘要】：水声系统及理论的研究工作流程较为复杂,对于水下声场的描绘有助于对声呐系统的工作性能提出指导性改进,对水声理论算法进行数学层次的验证,所以水下声场建模越来受到各国水声行业从业人员的重视,相关的系统设施层出不穷。在声场建模仿真领域,由于射线声学理论具有物理图像清晰、计算速度快、适用范围广泛等优点,其在水声学中有着广泛的应用。近年来水下无人设备的研究如火如荼的进行,其研究广度深度都越来越高,为提高水下无人平台搜索探测能力,协助水面水下舰艇完成探测定位功能,可以在水下无人设备上嵌入声场建模仿真软件,结合所在水域参数,进行本地声道中的声场建模以提高无人设备的主动和被动探测性能,提高水下无人设备在水下探测中的自给能力和目标探测效果。本论文首先对射线声学和高斯束理论进行了介绍及研究,通过射线声学理论得出描述声线轨迹的方程,该方程是软件进行声线追踪的核心算法,并为后续的高斯束理论提供理论支撑,同时根据高斯束在界面处的变化规律,结合水下分层思想,采用基于GBT理论的高斯束射线追踪模型作为软件设计的算法支撑,通过该模型算法,构建基于多核TI-C6678型处理器的声场建模软件,本文中的DSP软件能够得到较为完整的声场建模数据,包括与声源位置相对目标点处信道冲激响应数据、声场能量分布数据、声线轨迹坐标数据等。同时结合SYS/BIOS可裁剪系统,软件可以实现DSP与上位机的参量网络传输,主核与从核间的核间通信功能,其中主核完成参量接收、数据存储管理和数据输出,从核完成高斯波束射线追踪核心算法,从核通过声线轨迹方程得到声线轨迹数据,在此基础上结合高斯束理论进行中心声线束的影响范围计算,进而得到整个声场的能量分布情况,结合布放虚拟水听器思想,细分建模空间,实现数据的点阵分块存储与整体输出。最终结果显示本论文设计的基于多核心TMS320C6678处理器的水声信道数据仿真软件,可以在规定声速剖面数据、声线追踪范围等参量基础上,实现相应的声线轨迹追踪,获得目标位置信道冲激响应、获取建模空间声能衰减分布数据等功能。这些功能将有助于提高无人平台在低功耗下的搜探能力。
【图文】：

曲线,浅海声道,二阶,欧拉方法

2 2 1,2 2nh kf x y + + 板，根据欧拉方法，从起点ny 到终点n1y+的累加12,2 2nh kk hf x y = + + ( )3n 1 n2y y k O h+= + + 过程可知，二阶龙格-库塔法，将误差降低到了阶 R-K 方法，可知误差将很小，但由于考虑到 D中的声线轨迹求解中采用二阶 R-K 方法，既保利用龙格库塔法进行仿真得到的声线轨迹曲线

深海声道,声道轴,直达声,声线

图 2.4 深海声道声线轨迹声线轨迹过度平滑，，并且在声道轴附近存在近律。声线轨迹中的坐标求值，也会被用于声线曲率方程的角度出发，利用射线坐标系理论结合亥轨迹的程函方程和描述声线能量的强度方程，库塔法作为声线轨迹方程求解方法，该方法既复杂度的情况下同保证精确度。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U666.7

【相似文献】