特定形状小目标的回波特性分析

　　1 引言

　　水下特定形状小目标具有造价低、威胁大等特点，故各国都大量使用。由于这些目标的强度很小，声纳往往很难探测并识别它们，因而需要对这种特定形状小目标的回波特性进行研究。目前，英国FNC 公司开发的 SIGNATURE 软件中的 TESAC 模块能对特定形状目标的强度进行精确预报[1]，D. S.Burnett 等人利用有限元方法对某异形小目标的回声特性进行了研究[2]，得到了不同俯仰角、方位角下某特定小目标的散射特性。国内对特定小目标的回波特性也很关注，高山等[3]从特定小目标隐身角度指出了特定小目标回波特性研究的意义，但未对特定小目标本身的目标强度开展研究;玄兆林等[4,5]也对特定小目标的声学问题开展了研究，不过只是采用圆柱、球等目标强度的计算公式对特定小目标的目标强度进行了估计，结果不是很精确。

　　本文针对特定形状小目标散射回波特性展开研究。作为初步研究，这里暂且不考虑特定小目标的内部结构，只考虑其几何散射部分，利用基于物理声学的板块元方法[6]和频率间接法[7]对特定形状小目标的目标强度和时域回波结构进行了预报，并完成了特定小目标模型的水池实验，为特定形状小目标的探测和识别提供了基础。

　　2 特定形状小目标建模

　　利用商业软件ANSYS对特定形状小目标进行精确几何建模，如图1、2所示，并采用三角形面元对模型划分网格。其中，特定目标1模型的尺寸为中部圆柱段，长6m，半径0.2665m，头部为半椭球，长半轴为0.5m，尾部为圆锥台，长1.3m，尾端半径为0.1m，建模后共划分了3683 个顶点，7248个板块。特定目标2模型的主体为一个直径为0.533m、长1.8m 的圆柱壳体，头部是从长半轴a=0.474m，短半轴b=0.275m的旋转椭球壳上截取的长为0.357m的一段，建模后划分了2500个顶点，4996个板块。

　　3 回波特性理论研究

　　采用板块元计算方法对特定形状小目标的目标强度进行了计算，取声波频率f=25kHz，水中声速1500m/s。计算了俯仰角为0°时目标强度随方位角由0°~180°变化的关系，其中0°定义为声波从小目标头部方向入射，并采用频率间接法仿真了频率为f=25kHz 的单频窄脉冲信号激励下小目标的时域回波结构，得到了时间角度二维彩图。计算结果分别如图3、4所示。

　　由图3、4可以看出，对于鱼雷、水雷等特定形状小目标，目标上较强的回波亮点主要集中在正横(90°方位)和尾部(180°方位)附近，这两处位置附近较小的角度范围内目标强度较大，其中鱼雷模型正横方位目标强度为 17dB，水雷模型正横方位目标强度为9dB，而其他大部分方位的目标强度都很小，可见是比较难探测的。