水下小目标中低频声散射特性分析及试验

发布时间：2021-10-24 18:56

　　自主探测与识别水下小目标（水雷、爆炸物等）是自主水下航行器（AUV）的主要应用方式,也是近年来水下无人系统智能化发展的一个重要方向。与传统的仅利用目标高频反向散射特性的探测方法相比,双/多基地探测具有布阵灵活、抗干扰强、可获得的目标信息丰富等优点,但如何利用目标中低频全方位的散射特性进行探测与识别还有待进一步研究。文中首先分析了水下目标的声散射机理,介绍了利用AUV搭载的小孔径声呐,采用双基地模式,基于目标散射声场探测与识别水下小目标的方法;然后基于COMSOL多物理场平台的有限元数值计算方法,完成了多种频率的水下悬浮目标散射声场计算,论述了利用中低频散射场的三维特性识别水下目标的可行性;最后通过2种类型目标的散射声场采集水池试验,初步论证了利用小孔径声呐采集与处理中低频水下目标散射声波是可行的。文中研究可为基于中低频声散射特性的检测和识别的进一步研究提供参考。 

【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(04)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

钢球三维空间布放示意图Fig.5Three-dimensionallayoutofsteelball

2020年8月赵德鑫,等:水下小目标中低频声散射特性分析及试验第4期水下无人系统学报www.yljszz.cn367图16有球情况下数据处理结果Fig.16Dataprocessingresultswithball图17无圆柱情况下数据处理结果Fig.17Dataprocessingresultswithoutcylinder

2020年8月水下无人系统学报第28卷368JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn图18有圆柱情况下数据处理结果Fig.18Dataprocessingresultswithcylinder结果。在湖试中,受湖面和湖底的影响,可能会出现类似的情况。2)图17、图18为一组。声波的持续时间为2ms,共16个周期,从图中同样可以看出,有目标情况下的声场能量大于无目标情况下的声场能量,而且差异更为明显,这是由于圆柱尺度比球壳大的缘故;另外,从图(c)中也可以看出,无目标情况下,声场有明显的干涉效应。4结束语文中首先理论分析了水下2种简单目标(球和有限长圆柱)的声散射机理,并介绍了利用AUV,采用双基地模式,基于目标散射声场探测与识别水下小目标的方法;然后使用COMSOL仿真软件完成了多种频率(7~15kHz)水下悬浮目标的散射声场计算,论述了利用AUV自主航行,围绕目标进行散射场全方位的采集,以2种目标三维散射特性的差异识别水下目标的可行性;最后通过水池试验初步论证了利用小孔径声呐(通常由小型AUV搭载)采集与处理中低频水下目标散射声波是可行的。文中的水下小目标中低频声散射特性分析,目前只考虑了球和圆柱2种简单目标,而且只分析了水下悬浮情况,实际中较为常见的复杂目标(如两端为圆头的圆柱)以及沉底和掩埋情况仍有待分析;而且由于试验水池及部分机械设备的限制,导致可用的试验区域较小,采集的点位不丰富,设置的双基地角也较小(9°~26°),未来的开放水域试验应做360°的数据采集。下一步的研究工作将围绕以上内容展开。

【参考文献】：
期刊论文
[1]单信标导航精度分析与航路规划[J]. 梁国龙,张新宇,孙思博,付进.  水下无人系统学报. 2019(02)
[2]海洋声学目标探测技术研究现状和发展趋势[J]. 杨益新,韩一娜,赵瑞琴,刘雄厚,汪勇.  水下无人系统学报. 2018(05)
[3]等声速环境中目标前向声散射简正波耦合的垂直阵空域响应特征[J]. 雷波,杨益新,何传林,孙超.  声学学报. 2018(04)



本文编号：3455805