自主探測與識別水下小目標（水雷、爆炸物等）是自主水下航行器（AUV）的主要應(yīng)用方式,也是近年來水下無人系統(tǒng)智能化發(fā)展的一個重要方向。與傳統(tǒng)的僅利用目標高頻反向散射特性的探測方法相比,雙/多基地探測具有布陣靈活、抗干擾強、可獲得的目標信息豐富等優(yōu)點,但如何利用目標中低頻全方位的散射特性進行探測與識別還有待進一步研究。文中首先分析了水下目標的聲散射機理,介紹了利用AUV搭載的小孔徑聲吶,采用雙基地模式,基于目標散射聲場探測與識別水下小目標的方法;然后基于COMSOL多物理場平臺的有限元數(shù)值計算方法,完成了多種頻率的水下懸浮目標散射聲場計算,論述了利用中低頻散射場的三維特性識別水下目標的可行性;最后通過2種類型目標的散射聲場采集水池試驗,初步論證了利用小孔徑聲吶采集與處理中低頻水下目標散射聲波是可行的。文中研究可為基于中低頻聲散射特性的檢測和識別的進一步研究提供參考。 

【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學(xué)報. 2020,28(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

鋼球三維空間布放示意圖Fig.5Three-dimensionallayoutofsteelball

2020年8月趙德鑫,等:水下小目標中低頻聲散射特性分析及試驗第4期水下無人系統(tǒng)學(xué)報www.yljszz.cn367圖16有球情況下數(shù)據(jù)處理結(jié)果Fig.16Dataprocessingresultswithball圖17無圓柱情況下數(shù)據(jù)處理結(jié)果Fig.17Dataprocessingresultswithoutcylinder

2020年8月水下無人系統(tǒng)學(xué)報第28卷368JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn圖18有圓柱情況下數(shù)據(jù)處理結(jié)果Fig.18Dataprocessingresultswithcylinder結(jié)果。在湖試中,受湖面和湖底的影響,可能會出現(xiàn)類似的情況。2)圖17、圖18為一組。聲波的持續(xù)時間為2ms,共16個周期,從圖中同樣可以看出,有目標情況下的聲場能量大于無目標情況下的聲場能量,而且差異更為明顯,這是由于圓柱尺度比球殼大的緣故;另外,從圖(c)中也可以看出,無目標情況下,聲場有明顯的干涉效應(yīng)。4結(jié)束語文中首先理論分析了水下2種簡單目標(球和有限長圓柱)的聲散射機理,并介紹了利用AUV,采用雙基地模式,基于目標散射聲場探測與識別水下小目標的方法;然后使用COMSOL仿真軟件完成了多種頻率(7~15kHz)水下懸浮目標的散射聲場計算,論述了利用AUV自主航行,圍繞目標進行散射場全方位的采集,以2種目標三維散射特性的差異識別水下目標的可行性;最后通過水池試驗初步論證了利用小孔徑聲吶(通常由小型AUV搭載)采集與處理中低頻水下目標散射聲波是可行的。文中的水下小目標中低頻聲散射特性分析,目前只考慮了球和圓柱2種簡單目標,而且只分析了水下懸浮情況,實際中較為常見的復(fù)雜目標(如兩端為圓頭的圓柱)以及沉底和掩埋情況仍有待分析;而且由于試驗水池及部分機械設(shè)備的限制,導(dǎo)致可用的試驗區(qū)域較小,采集的點位不豐富,設(shè)置的雙基地角也較小(9°~26°),未來的開放水域試驗應(yīng)做360°的數(shù)據(jù)采集。下一步的研究工作將圍繞以上內(nèi)容展開。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]單信標導(dǎo)航精度分析與航路規(guī)劃[J]. 梁國龍,張新宇,孫思博,付進.  水下無人系統(tǒng)學(xué)報. 2019(02)
[2]海洋聲學(xué)目標探測技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 楊益新,韓一娜,趙瑞琴,劉雄厚,汪勇.  水下無人系統(tǒng)學(xué)報. 2018(05)
[3]等聲速環(huán)境中目標前向聲散射簡正波耦合的垂直陣空域響應(yīng)特征[J]. 雷波,楊益新,何傳林,孫超.  聲學(xué)學(xué)報. 2018(04)



本文編號：3455805