【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水中目标主动声纳探测，尤其是一种目标声散射快速预报方法。
技术介绍
1、目前对于中高频目标声散射的计算均采用仿真方法，需要对目标表面按照一定线度进行面元划分，得到几万甚至十几万个面元，然后分别对这些面元进行积分才能得到最终结果，在计算过程中需要通过遮挡技术剔除被多次遮挡的面元，同时需要利用光线跟踪算法判定入射、出射声线的传播路径、多次透射和多次散射，计算速度异常缓慢，不能满足工程实时探测分析的要求。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种目标声散射快速预报方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种目标声散射快速预报方法，具体包括如下步骤：
3、步骤1，给定计算范围和计算步长，通过计算范围和步长确定需要计算的场点个数；
4、步骤2，自动获取当前计算机cpu核心数量，根据步骤1所得的需要计算的场点个数和参与计算的cpu核心数量，自动为每个cpu核心分配计算任务书；
5、步骤3，为每个参与计算的cpu核心自动建立相应的并行计算文件夹，自动生成并行计算任务书，将主可执行程序拷贝到并行文件夹中；
6、步骤4，顺序激活每个并行计算文件夹内的可执行程序，每个可执行程序激活后，检查是否存在并行计算任务书，若存在，则根据计算任务书的要求直接进行计算，并逐一存储数据计算结果；若不存在任务书，则不进行并行计算，并进入主程序界面；
7、步骤5，对每个需要计算的单场点进行遮
8、步骤6，利用光线跟踪算法，分别计算剔除遮挡面元后所有内壳面元的声散射数值和剔除遮挡面元后所有外壳面元的声散射数值，并将将剔除遮挡面元后所有内壳面元的声散射数值和剔除遮挡面元后所有外壳面元的声散射数值矢量相加，得到复杂双壳目标的声散射数值
9、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述步骤5中进行遮挡运算时，外壳面元和内壳面元同时开始循环，若当前待判断面元是内壳面元，则提取所有内壳面元与该内壳面元进行判断；若当前待判断面元是外壳面元，则提取所有外壳和内壳面元进行判断。
10、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述步骤5中遮挡运算具体过程包括：
11、步骤a，根据计算的远场或近场，将内壳面元按深度或距离排序，将目标面元节点三维坐标转换为投影平面上的二维坐标；
12、步骤b，在投影平面内分别判断某个内壳面元的某个节点是否落入其他面元；
13、步骤c，重复步骤b，判断当前面元的所有节点是否均落入其他面元，若是，则当前面元被遮挡，若否，则当前面元未被遮挡。
14、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述步骤b中判断某个内壳面元的某个节点是否落入其他面元采用叉积判断法及药匣子算法。
15、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述叉积判断法具体包括：判断点为p0，多边形顶点按顺序排列为p1p2...pn；vi＝pi-p0,i＝1,2,...,n,vn+1＝v1；判断vi×vi+1(i＝1,2,...n)叉积的符号是否相同，若符号相同，则判断点p0在多边形内，若符号不同，则判断点p0在多边形外。
16、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述药匣子算法具体包括：将投影平面划分为有限几个区域，把目标所有的节点放到不同的小区域里，当目标面元其中一个节点需要进行判断时，提取此节点所在的小区域和此节点相邻几个小区域里的其它节点进行判断。
17、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述步骤6具体包括：
18、步骤6.1，根据内壳面元三个节点坐标求出该内壳面元中心点坐标，将发射点与该内壳面元中心点连线，求连线与该内壳面元法线方向夹角；通过线性插值求该内壳面元的反射系数；
19、步骤6.2，通过光线跟踪算法求入射声线路径上与之相交的外壳面元，并选取离视点最近的外壳面元；
20、步骤6.3，重复步骤6.1计算步骤6.1所述内壳面元对应入射声线穿透外壳面元的透射系数；
21、步骤6.4，对于出射声线，重复步骤6.2-步骤6.3，此时将接收点与面元中心点连线方向作为跟踪方向，求得步骤6.1所述内壳面元对应出射声线穿过外壳面元的透射系数；
22、步骤6.5，内壳面元综合反射透射系数＝步骤6.1所得的内壳面元反射系数*步骤6.3所得内壳面元对应入射声线穿透外壳面元的透射系数*步骤6.4所得内壳面元对应出射声线穿过外壳面元的透射系数；
23、步骤6.6，根据步骤6.5所得的内壳面元综合反射透射系数计算内壳面元的声散射数值；
24、步骤6.7，遍历所有内壳面元，重复步骤6.1-步骤6.6，最终得到所有内壳面元的声散射数值；
25、步骤6.8，根据外壳面元三个节点坐标求出该外壳面元中心点坐标，将发射点与该外壳面元中心点连线，求连线与该外壳面元法线方向夹角；通过线性插值求该外壳面元的反射系数，计算外壳面元的声散射数值，遍历所有外壳面元，得到所有外壳面元的声散射数值；
26、步骤6.9，将步骤6.7所得的所有内壳面元的声散射数值与步骤6.8所得的所有外壳面元的声散射数值矢量相加，得到复杂双层壳目标的声散射数值。
27、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述步骤6.6及步骤6.8中声散射数值的计算公式为：
28、
29、其中，j表示单位虚数；k为水中波数，其中k＝2πf/c，f为计算频率，c为水中声速；r表示发射点或接收点与面元中心点的距离；∫s+表示对目标照射面积分；v(θi,f)表示综合反射透射系数，其中，对于内壳面元，v(θi,f)为内壳面元综合反射透射系数，对于外壳面元，v(θi,f)为外壳面元的反射系数；θi表示入射角。
30、上述的一种目标声散射快速预报方法，所述步骤6.1中线性插值的具体计算公式为：
31、
32、其中，
33、[cosθ]i＜cosθ＜[cosθ]i+1，fj＜f＜fj+1；
34、[cosθ]i、fj为插值基点；cosθ值从1到0.1，间隔为0.01；f从0hz到50khz，间隔为100hz。
35、本专利技术的有益效果是，本专利技术通过药匣子算法，大幅减小了算法中遮挡和光线跟踪的计算时间；能够通过一次计算预报目标多组边界条件；通过自编的自适应并行技术在计算多场点时能完美利用cpu全部核心，本专利技术最终可使单场点计算时间缩短到4秒内，多场点计算速度提高约4个数量级，大幅提高了水中目标的声散射预报计算速度，可以满足工程中实时探测分析的要求。
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1.一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤5中进行遮挡运算时，外壳面元和内壳面元同时开始循环，若当前待判断面元是内壳面元，则提取所有内壳面元与该内壳面元进行判断；若当前待判断面元是外壳面元，则提取所有外壳和内壳面元进行判断。
3.根据权利要求1所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤5中遮挡运算具体过程包括：
4.根据权利要求3所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤b中判断某个内壳面元的某个节点是否落入其他面元采用叉积判断法及药匣子算法。
5.根据权利要求4所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述叉积判断法具体包括：判断点为P0，多边形顶点按顺序排列为P1P2...Pn；Vi＝Pi-P0,i＝1,2,...,n,Vn+1＝V1；判断Vi×Vi+1(i＝1,2,...n)叉积的符号是否相同，若符号相同，则判断点P0在多边形内，若符号不同，则判断点P0在多边形外。
6.根据权利要求4所述的一种
7.根据权利要求1所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤6.6及步骤6.8中声散射数值的计算公式为：
9.根据权利要求7所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤6.1中线性插值的具体计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤5中进行遮挡运算时，外壳面元和内壳面元同时开始循环，若当前待判断面元是内壳面元，则提取所有内壳面元与该内壳面元进行判断；若当前待判断面元是外壳面元，则提取所有外壳和内壳面元进行判断。
3.根据权利要求1所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤5中遮挡运算具体过程包括：
4.根据权利要求3所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述步骤b中判断某个内壳面元的某个节点是否落入其他面元采用叉积判断法及药匣子算法。
5.根据权利要求4所述的一种目标声散射快速预报方法，其特征在于，所述叉积判断法具体包括：判断点为p0，多边形顶点按顺序排列为p1p2...pn；vi＝pi-p0,i＝1,...
【专利技术属性】
技术研发人员：成刚，安俊英，张毅，孙阳，张建民，徐芳，李锐，姜伶俏，毕思昭，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所北海研究站，
类型：发明
国别省市：
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