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1、水下目标声回波的双维亮点模型研究 李正刚 昆明船舶设备研究试验中心 R e s e a r c ho ft h eM o d e lo fE c h oC h a r a c t e r i s t i c so fS u b m a r i n e T w oD i m e n s i o n a lH i g h l i g h t s L iZ h e n g G a n g K u n m i n gS h j p b o r n eE q u i p m e n tR e s e a r c ha n dT e s tC e n t e r 1 引言 潜艇的基本组合是由较长的横向椭球
2、形艇体和较短的纵向椭柱形舰桥构成，形成“上”字形的正交外形 结构，其回波特性可用双维平面尺度亮点表征。本文研究提出了潜艇目标的“双维亮点”声回波特性预报模 型和模拟仿真模型，并探讨了模拟模型的工程应用简化方法。 2 潜艇“双维亮点”声回波模拟预报数学模型及其工程应用简化 如图1 所示，潜艇“上”字形的艇体和舰桥轴线构成“x ”轴和“Y ”轴正交平面坐标系。在入射信号覆 盖整个潜艇时，艇体和舰桥表面回波反射点主要集中在轴向带区域( 深影区部分) ，形成水平和垂直方向的 双维反射回波。这些多点强反射回波与光学亮点反射光相似，通常亦称为多亮点回波。此外，艇体和舰桥的 双层结构、突出部件、棱角、弹性材
3、料等还会产生一系列的弹性回波、棱角散射波、绕射杂波等强度较弱的 回波信号，形成分布全艇的弱亮点散射背景( 浅影区部分) ，多亮点回波和弱亮点散射背景的结合共同反映 图1 双维亮点回波形成及预报模型示意图 潜艇目标回波的结构分布特性。 按照声信道理论和线性声学的观点，潜艇目标可看着线性网络信道，其目标散射场是多个亮点散射源 产生的散射场的线性迭加，在声呐寻的信号波束照射下，潜艇目标艇体和舰桥形成双维亮点面尺度同波。 若入射窄脉冲信号为P ( t ) ，则潜艇目标回波信号可描述为： N M 只( f ) = 1 0 研2 。P ( f + f 。) 6 一O ) i ) + 1 0 璐，坨。J p
4、 ( f 竹，) 6 ( c o O ) j ) ( 1 ) 5 1 式中：N 、M 分别为艇体和舰桥亮点的亮点数，通常情况下N M ；T S ，T S j 分别为艇体和舰桥各亮点的目 标强度，它决定于亮点处目标结构的局部反射强度，体现了潜艇目标的固有反射特性；P ( T + Ti ) 、P ( t + Tj ) 为艇体和舰桥亮点处的入射信号，体现了入射信号的波形结构；ti 、rj 为艇体和舰桥亮点入射信号 间的声程差，决定于各亮点的分布位羞相对于某个参考点( 通常取平面坐标原点“0 ”) 的时延，体现了亮 点分布位置特性；6 ( 一c a ) ；) 、6 ( 一j ) 为潜艇运动形成的各亮点
5、回波的多卜勒频移，决定于亮点处的 目标径向速度，体现的是目标的运动特性。可见模型表征的潜艇回波特性决定于潜艇目标本身的结构参数和 入射信号参数及其相对方位态势。 ( 1 ) 式模型实际上也反映了目标模拟需要考虑的各种参数( 亮点个数及分布、目标强度、多卜勒、入 射波形) ，因此，将它应用于目标模拟仿真领域时，可以用下式重新表述为： e ( f ) = 1 0 r s ”f 心。PO + f ，) 艿( 国一。f ) + 1 0r s m 坨。p o + f ) 8 ( 0 一阿) ( 2 ) i = lj = l 式中：e ( t ) 表模拟回波信号；1 3 、1 1 1 分别为模拟艇体和舰桥
6、亮点的亮点数，通常情况一Fn m ；T S m t ，T S m j 分别为艇体和舰桥各亮点的模拟目标强度，它同样体现的是潜艇目标的固有反射特性，但与预报模型不同的 是，它决定于需要模拟的潜艇结构的局部反射强度，也可以决定于使用方( 如鱼雷、探测声呐等) 对模拟目 标的亮点强度需求；P ( T + ti ) 、P ( T + tj ) 为模拟艇体和舰桥亮点处的入射信号，反映的是入射信号的波形 包洛；Ti 、- cj 为艇体和舰桥亮点入射信号间的声程差，决定于各模拟亮点的分布位置问隔，其总的亮点 间隔组合实质上是反映了模拟潜艇目标的横向尺度和纵向尺度；6 ( 一m t ) 、6 ( 一( ) m
7、 j ) 为模拟潜艇运 动产生的各亮点回波的多卜勒频移，反映的是回波信号的多卜勒效应。 实际的潜艇目标，由于其表面结构和信号方位的关系，其亮度突出的镜反射亮点或强亮点( T S t 或T s ， 值大) 主要分布于艇体艏、前、中、后、艉和舰桥这些潜艇的大面积部位表面，这些部位通常也是潜艇的要 害部位；其弱亮点与亮点背景( T S ；或T S ，值小) 则主要由分布于这些大面积部位( 或要害部位) 的过渡区表 面、小部件棱角以及不确定部位的弹性弱亮点所产生的回波形成。从试验检测来看，通常实测出的潜艇目标 的镜反射强亮点约在3 一1 0 个，这主要决定于目标方位及潜艇结构。实测结果表明，在艇体侧向
8、方位镜反射 强亮点较多，正横方位由于信号叠加的关系回波被汇聚为一个超强亮点，艏艉方位由于遮蔽效应强亮点较少； 而舰桥则在各方位都有较多的强亮点。如果将强亮点与潜艇的要害部位结合考虑，通常有7 个强亮点( 或要 害部位) 分布于潜艇目标的艇体艏部( 声呐球鼻艏) 、前部( 武备舱) 、中部( 人员舱) 、后部( 动力舱) 、艉 部( 推进器) 、舰桥面和舰桥顶这7 个部位。如果从场源关系上考虑模拟目标亮点特性，则没有必要反映无 限个亮点，只需给出上述镜反射强亮点或要害部位亮点，就能反映目标的基本反射特性和特征尺度。另一方 面，在工程应用场合，对潜艇目标多亮点回波仿真或模拟而言，主要考虑或者说亮点
9、突出区的预报复现，这 是因为弱亮点背景的仿真或模拟，对鱼雷或探测声呐而言，其有限的亮点或目标结构分辨率很难识别出目标 的弱亮点背景或结构，因而预报或模拟仿真弱亮点回波并没有真正的实用意义。综合上述多方面的因素，( 2 ) 式表征的无限亮点的双维多亮点回波模拟数学模型可以简化为有限7 亮点模拟模型： 52 只( f ) = 1 0 碣心。PO + f f ) 万( 一缈f ) + Z I O 稻2 0x P ( t + f ) x 5 ( 0 - 0 ，) 2 1 ( 3 ) ( 3 ) 式将亮点数大大减少，更有利于工程应用和技术实现，我们亦称其为工程简化模型。 参考文献 1 汤渭霖，声呐目标回波的亮点模型，声学学报，1 9 9 4 年2 月。 2 姜永珉等，水中目标二维亮点分布研究，声学学报，1 9 9 7 年1 门， 3 R o n d ir l i h a n dR u c h a n d ，E ，“H i g h l i g h t sm o d e lf o rs u b m a r i M s ”，b D T l 9 9 4 。 作者简介：李i E Br J ( 1 9 6 2 一) ，男高级工程师，从事水声设备及丁科研究，发表论艾多篇。 5 2
