基于亮点模型的水下目标近程回波仿真研究

　　1　引言

　　水下尺度目标回声特性是水声学中的一个重要研究方向，是目标探测、识别和定位的重要依据。对尺度目标回波信号进行仿真模拟，在一定程度上可以避免进行昂贵、复杂的实验以取得实验回波数据。对主动对抗器材来说，模拟出逼真的目标回波信号可以用来干扰自导系统对目标的跟踪从而达到水声对抗的目的。此外，对目标的回波信号进行仿真模拟还可用于分析目标的声学特性。理论分析和实验研究都证明，在高频情况下，尺度目标回波可近似看成是目标亮点回波相干叠加的结果[1]。

　　近年来，目标的亮点模型及其分布特征的提取受到了广泛的关注[2～5]。本文首先介绍了目标回波的亮点结构和亮点模型，并给出了亮点参数的计算方法，针对两种简单形状目标进行了亮点回波仿真同时对目标的回波亮点结构进行了分析。

　　2　尺度目标近场回波亮点结构

　　在高频情况下，任何一个复杂目标都可以等效成若干个散射亮点的组合。每个散射亮点产生一个亮点回波，总的回波是这些亮点回波相干迭加的结果。亮点及其强度分布主要由目标外形和表面曲率决定。

　　根据形成机理可以把亮点分成几何类亮点和弹性类亮点两类[1]。几何类亮点主要是由目标的几何形状和材料的声学特性决定。最重要的是凸光滑表面上的镜反射亮点。此外还有棱角或边缘产生的反射亮点，主要是由表面法线方向不连续引起的。弹性类亮点主要是在特定条件下出现的表面绕行波或弹性散射波对应的亮点。

　　3　目标亮点模型及计算

　　在高频情况下，任何一个复杂目标都可以等效成若干个散射亮点的组合。按照线性迭加原理，总的传递函数可以表示成[1]

　　其中，A(珗r，w)是幅度反射因子;τ是时延，由等效散射中心相对于某个参考点的声程ξ决定，τ=2ξ/c;φ是回波产生时形成的相位跳变;N是目标亮点个数。随着脉宽的变化，亮点的个数也会随之变化，当脉宽趋于无穷小时，亮点的个数趋于无穷，而当脉宽趋于值2Lcosθ/c时，只有一个亮点，也就是说脉宽决定了目标亮点个数的上限。若忽略传播损失和混响、噪声的影响可以得到：Ai=10TSi/20。其中TSi为亮点所表征的子目标的目标强度(TS)。由于目标强度是一个远场参数，因此采用目标分解的方法分析目标亮点回波结构，必须确保每一段子目标满足远场特性。运用板块元算法计算每一段子目标的目标强度是一种行之有效的方法。其中子目标强度为：

　　其中N是子目标所划分的网格数;cos(R，n)是入射声线与板块法线夹角的余弦值。将Gordon积分算法引入到板块元方法中，可对上述积分做进一步的简化。对于目标的亮点位置可通过计算子目标表面被照射区域的板块的中心位置并结合板块的反射系数进行求取：