邊收邊發(fā)模式是現(xiàn)代化主動(dòng)式聲誘餌智能化的重要標(biāo)志之一,針對(duì)該模式下發(fā)射/接收聲場(chǎng)傳遞函數(shù)畸變以及發(fā)射串漏的問題,文中建立了一套基于COMSOL平臺(tái)的主動(dòng)式聲誘餌陣元域信號(hào)仿真系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)的架構(gòu)、模塊化的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)了六大功能模塊:模型構(gòu)建模塊、聲學(xué)有限元模塊、海洋環(huán)境模塊、接收機(jī)模塊、發(fā)射機(jī)模塊和信號(hào)處理模塊;介紹了基于有限元方法與和板塊元方法的目標(biāo)/被模擬目標(biāo)的散射聲場(chǎng)傳遞函數(shù)仿真算法;提供了頻譜分析、時(shí)頻分析、包絡(luò)提取等信號(hào)處理功能;通過建立器材聲振耦合狀態(tài)下發(fā)射端-接收端聲場(chǎng)串漏反饋數(shù)學(xué)模型,模擬邊收邊發(fā)工作模式下聲誘餌接收機(jī)輸入電壓與發(fā)射機(jī)輸出電壓之間傳遞函數(shù)。系統(tǒng)通過COMSOL Server部署在集群計(jì)算機(jī)上,相比現(xiàn)有邊收邊發(fā)技術(shù)的研究,考慮了器材自身聲振耦合作用的影響,仿真了以陣元時(shí)域信號(hào)為呈現(xiàn)結(jié)果的完整誘餌工作過程,將具體的代碼實(shí)現(xiàn)后臺(tái)化,交互界面簡(jiǎn)單易操作,模塊間通過共享文件通信,具有通用性和可擴(kuò)展性。經(jīng)多次運(yùn)行,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,計(jì)算速度快。通過對(duì)比經(jīng)典球型電子艙模型仿真結(jié)果與理論解,驗(yàn)證了系統(tǒng)精度。文中所述系統(tǒng)可為邊收邊發(fā)工作模式下主動(dòng)式聲誘餌的設(shè)計(jì)與部署提供參... 

【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2020,28(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖2串漏反饋模型Fig.2Modelofcross-leakfeedback

通過作業(yè)配置調(diào)度程序PBS(portablebatchsystem)實(shí)現(xiàn)仿真計(jì)算程序的協(xié)同處理。2.1.2集群軟件配置各節(jié)點(diǎn)安裝的操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux,其中節(jié)點(diǎn)1為主節(jié)點(diǎn),安裝的軟件為COMSOLServer5.3a。COMSOLServer是由COMSOL公司開發(fā)的專業(yè)平臺(tái)[20],用于部署和運(yùn)行已構(gòu)建好的仿真模塊,界面內(nèi)置多種管理工具,可以管理已上傳APP的訪問權(quán)限、用戶帳戶、用戶組以及多處理器的使用情況等。通過COMSOLServer內(nèi)置的集群計(jì)算技術(shù)部署各模塊,使其能夠在集群架構(gòu)中運(yùn)行。系統(tǒng)主界面如圖4所示。圖4系統(tǒng)主界面Fig.4Mainsysteminterface2.1.3模塊開發(fā)方法各模塊均采用COMSOLMultiphysics內(nèi)置的APP開發(fā)器進(jìn)行開發(fā)。APP開發(fā)器不僅可以通過運(yùn)行方法對(duì)有限元仿真進(jìn)行控制,還支持嵌入算法、定制APP的界面、控制輸入和輸出等操作。該系統(tǒng)使用Java語言在APP開發(fā)器中實(shí)現(xiàn)。首先,將常用的數(shù)據(jù)處理算法如插值函數(shù)、快速傅立葉變換等采用面向?qū)ο蟮姆绞椒庋b成應(yīng)用程序接口(applicationprogramminginterface,API),然后在方法中進(jìn)行API調(diào)用,最后設(shè)計(jì)界面。通過按鈕關(guān)聯(lián)方法,得到具有特定功能的模塊,各模塊通過維護(hù)公共的文件進(jìn)行信息傳遞。2.2參數(shù)設(shè)計(jì)與界面顯示1)海洋環(huán)境模塊具體設(shè)置如圖5所示。左側(cè)為海洋環(huán)境參數(shù)設(shè)置部分,包含主動(dòng)聲吶發(fā)射信號(hào)、發(fā)射指向性、海洋噪聲譜以及信道參數(shù)等;右側(cè)為圖形展示部分,結(jié)果圖分別為主動(dòng)聲吶發(fā)射信號(hào)、海洋環(huán)境噪聲信號(hào)和海洋混響信號(hào)。2)聲學(xué)有限元模塊具體設(shè)置如圖6所示。左側(cè)為參數(shù)設(shè)置部分,主要包含導(dǎo)入電子艙計(jì)算模型,發(fā)射接收陣陣元類型、?

2020年10月唐麗媛,等:基于COMSOL的主動(dòng)式聲誘餌仿真系統(tǒng)第5期水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào)www.yljszz.cn559圖5海洋環(huán)境模塊Fig.5Marineenvironmentmodule圖6聲學(xué)有限元模塊Fig.6Acousticfiniteelementmodule慮電子艙時(shí)的接收傳遞函數(shù)、發(fā)射傳遞函數(shù)和串漏傳遞函數(shù)的結(jié)果。3)接收機(jī)模塊具體設(shè)置如圖7所示。左側(cè)參數(shù)設(shè)置包含接收機(jī)增益、濾波器設(shè)置、傅里葉點(diǎn)數(shù)以及相關(guān)共享文件名;右側(cè)圖形展示部分分別為濾波器頻譜和接收陣輸出電壓信號(hào)。圖7接收機(jī)模塊Fig.7Receivermodule4)發(fā)射機(jī)模塊具體設(shè)置如圖8所示。左側(cè)參數(shù)設(shè)置包含發(fā)射機(jī)增益、卷積函數(shù)文件導(dǎo)入以及相關(guān)共享文件名;右側(cè)為圖形展示部分,第1行分別為轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)時(shí)域和頻域圖,第2行分別為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)模式主動(dòng)聲吶接收信號(hào)。圖8發(fā)射機(jī)模塊Fig.8Transmittermodule5)信號(hào)處理模塊具體設(shè)置如圖9所示。左側(cè)參數(shù)設(shè)置包含待分析信號(hào)k(t)、參考信號(hào)s(t)和待計(jì)算潛艇模型文件,并設(shè)置相關(guān)配置文件;右側(cè)第1列圖分別為待分析信號(hào)、參考信號(hào)和分析信號(hào)時(shí)域波形,第2列分別為時(shí)頻分析、包絡(luò)檢測(cè)和匹配濾波結(jié)果,第3列分別為被模擬目標(biāo)模型、目標(biāo)強(qiáng)度和模擬回波。圖9信號(hào)處理模塊Fig.9Signalprocessingmodule2.3精度與性能測(cè)試2.3.1精度測(cè)試計(jì)算考慮誘餌電子艙散射對(duì)接收/轉(zhuǎn)發(fā)聲場(chǎng)影響的傳遞函數(shù)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。球殼和有限長(zhǎng)柱殼均具有解析解,但對(duì)于有限長(zhǎng)柱殼仿真時(shí)需要增加無限長(zhǎng)的障板,無法計(jì)算軸向聲場(chǎng),因此該部分采用具有理論解的球殼電子艙進(jìn)行驗(yàn)證。應(yīng)用彈性理論推導(dǎo)點(diǎn)源激勵(lì)下球殼散射聲場(chǎng)在柱坐標(biāo)系下可表示

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3559230