水下目标回波特性计算的图形声学方法VIP专享VIP免费

第31卷第6期2006年11月声学学报ACTAACUSTICAV01．31，NO．6NOV．，2006水下目标回波特性计算的图形声学方法冰范军卓琳凯(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，振动、冲击、噪声国家重点实验室上海200030)2005年6月9日收到2006年3月3日定稿摘要根据Kirchhoff近似公式建立了一种水下目标回波特性实时工程预报的新方法一可视化图形声学计算方法GRACO(GraphicalAcousticsComputing)。该方法利用三维图形处理系统，采用建模软件对水下复杂目标进行几何建模，并基于OpenGL技术把几何模型转化为屏幕上目标的可视化像素图形，获取像素中包含的目标表面法向量和空间距离信息，最后通过把回波特性预报中的面积分转化为屏幕上可视化图形的像素求和计算，完成水下目标回波特性预报。计算结果表明图形声学方法有较高的精度，计算速度比板块元方法快9—10倍。PACS数：43．30GraphicalacousticscomputingmethodforechocharacteristicscalculationofunderwatertargetsFANJunZHUOLinkai(School吖NavalArchitecture，OceanandCivilEngineeringJStataKeyLaboratoryofVibration，Shock＆NoiseShanghaiJiaotongUniversityShanghai200030)ReceivedJun．9，2005RevisedMar．3，2006AbstractOnthebasisofKirchhoffapproximateequation，anewapproach—GRACO(GraphicalAcousticsComput—ing)isdevelopedforforecastingtheechocharacteristicsofunderwatertargetsinrealtime．Using3Dgraphicprocessingsystem，thegeometricalmodelofcomplexunderwatertargetisestablished．BasingonOpenGL，thegeometricalmodelistransformedintothevisualimageonthecomputer’Sscreen，andtargetsurface’Snormalvectorandspaceincludedintheinformationofpixelsareobtained．Insteadofcomputingthesurfaceintegraldirectly，theforecastofechocharacteristicofunderwatertargetisachievedbycalculatingthesumofthecontributionfromallthepixelsinthescreenimage．NumericalresultsshowthatGRACOmethodenjoyshighprecisionandcomputingspeedis9to10timesfasterthanthePlanarElementsMethod．引言声呐工程中对于水中复杂形状目标回波特性的预报目前主要采用两种方法。一是基于亮点模型的部件法【1'2j，这种方法将复杂形状的目标分解为一组简单形状的子目标，每个子目标的回波用解析形式表示，计算简单且物理概念清晰。但由于子目标的限制，对实际目标形状的逼近误差较大；二是数值计算方法[3】，如目前比较常用的板块元方法【剖。这种方法虽然能较精确地逼近复杂形状的目标，并且计算速度比直接数值积分提高了很多，但由于要划分的板块数木国防重点实验室基金资助项目(51444050101JW0301)量巨大，板块之问的遮挡和消隐也需要耗费大量计算时间和资源，因此仍然满足不了工程实时l生的要求。随着声呐技术和水下武器系统的发展，要求目标回波特性预报的精度更高、速度更快。基于运算速度快，实时性好的图形化可视化计算技术在雷达RCS预测上的成功应用[5-sj，能否在水下目标上运用该技术便成为了水中目标回波特性研究的一个新方向。本文建立了适合水下目标回波特性快速预报的可视化图形声学计算方法(GRACO)。该方法利用三维图形处理系统，采用建模软件对水下复杂目标进行几何建模，并基于OpenGL技术把几何模型转万方数据512声学学报2006焦化为屏幕上目标的可视化图形，再把回波特性预报中的面积分转化为屏幕上可视化图形的像素求和计算，完成水下目标回波特性预报。对于水下简单和复杂目标回波特性的计算结果表明，图形声学方法预报结果具有较高的精度，并且自动完成遮挡和消隐计算，对于分辨率固定的显示视窗，计算量以及对计算的存储量与目标几何线形的复杂程度无关，计算速度比板块元方法快9,-一10倍。1水下目标回波特性计算的图形声学方法(GRACO)1．1水下目标回波特性计算的基本公式应用物理声学或Kirchhoff近似方法，如图1所示目标的散射声场可以表示为：虻去仆。未(ieikor2)一等警]ds，㈤其中s是散射体表面，n是外法线，7'2是散射点矢径。图1积分区域对于高频情况通常假设：(1)忽略几何影区对声场的贡献：实际积分面积是从...