【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋工程，尤其涉及一种基于运动单极子和偶极子的声源模拟方法，适用于水下复杂运动声源声学模拟。
技术介绍
1、在水声工程领域，水下目标定位起着至关重要的作用，而对运动目标辐射的研究则尤为引人关注。在这一领域，水下运动目标噪声的测距与方位角估计技术已引起了广泛关注，其中等效源法因其简洁高效的特点脱颖而出。然而，当前等效源法所存在的主要问题在于需要大量的点源，且大多基于单极子声源理论。因此，如何进一步探索偶极子声源理论及其计算，并且通过减少基本声源的数量以提高效率和实用性成为了水声工程领域中亟待解决的问题。
2、同时，目标运动分析在水声工程领域同样也至关重要。目标运动分析致力于确定未知目标的运动参数，以实现准确的目标定位与跟踪。对于水下目标的传统运动分析及定位技术，通常依赖于主动定位方法。这类方法通过主动源向水下目标发射定向波束，从回波信号中提取目标运动信息，虽然这种方法具备高精度和可行性，但其固有的隐蔽性降低问题不容忽视。作为一种替代方案，被动声学探测技术利用水下目标释放的噪声特征来获取包括位置和运动在内的必要信息。由于其增强的隐蔽性和实用性，这一方法已经引起了国内外研究者的广泛关注。然而，值得注意的是，目标的运动会使辐射和散射的声场产生多普勒频移现象，这一点在被动声学探测技术中尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足以及声场由于目标运动而产生多普勒频移的特性，提出了一种基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，能够模拟复杂运动声源
2、本专利技术的技术解决方案如下：
3、一种基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，包括：
4、模拟由于运动产生的多普勒效应；
5、构建运动单极子和偶极子的波动方程；
6、通过洛伦兹变换推导运动单极子和偶极子声源的解析解；
7、基于叠加原理模拟复杂运动声源。
8、本专利技术工作原理是：声源的相对运动会影响声场的分布，这一现象可用于声源运动状态的识别。基于洛伦兹变换，分别推导了单个运动单极子声源和偶极子声源辐射声场的计算公式以及解析解。基于声场的叠加原理，通过合理设置具有任意参数的运动单极子和偶极子声源的组合，能够有效模拟复杂运动声源的声场。
9、一种基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，具体包括如下步骤：
10、s1.建立全局坐标系和运动坐标系两套参考系；
11、s2.在全局坐标系下构建运动单极子和偶极子的波动方程；
12、s3.通过洛伦兹变换将波动方程转换到运动坐标系，并基于参数代换求解波动方程的解析解；
13、s4.通过逆变换得到运动单极子和偶极子波动方程在全局坐标系下的解析解；
14、s5.对求解得到的声场分布解析解进行仿真分析，比较不同时刻和速度下由于运动带来的多普勒效应；得到运动单极子和偶极子的仿真模型；
15、s6.根据所得到的运动单极子和偶极子的模型，基于叠加原理模拟任意复杂运动声源。
16、优选的，所述复杂运动声源可由运动单极子声源和运动偶极子声源叠加而成，所述单极子声源可视为一个质量源，其强度由声源产生的顺势流率决定；所述偶极子声源可视为一个与时间相关的力施加在流体介质中的某一点上，导致振荡球两侧的扰动表现出相反的相位。
17、优选的，所述步骤s1中运动坐标系是指跟随单极子或偶极子声源共同运动的坐标系；全局坐标系是不随声源运动，能够真实反映声场分布的静止坐标系。
18、优选的，所述步骤s3中洛伦兹变换，是指观测者在不同惯性参考系之间对物理量进行测量时所进行的转换关系，在数学上表现为一套方程组。洛伦兹变换在所建立的全局坐标系和运动坐标系之间建立联系，通过所述变换可得到波动方程在不同坐标系下的形式，反映了空间和时间的密切联系，可合理解释由于运动所引起的多普勒效应。
19、优选的，所述步骤s4波动方程在全局坐标系下的解析解，采用坐标变换的方法得到在替代参数下的解析解，再通过逆变换得到了运动单极子和偶极子波动方程在全局坐标系下的解析解。
20、优选的，所述步骤s6中叠加原理，包括具有任意速度、运动方向、频率的单个声源；以及有多个声源时，单极子声源和偶极子声源的位置和分布排列情况。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
22、(1)通过洛伦兹变换以及参数变换等方法，直接得到运动单极子和偶极子声源波动方程在全局坐标系下的解析解，避免了复杂的数值计算；可任意调整声源的频率、速度，便于对比在不同参数情况下多普勒频移的大小。
23、(2)克服常规有限元方法计算量过大的限制，提出基于叠加原理的基于运动单极子和偶极子的复杂声源模拟方法和相关技术，能够实现对任意复杂运动声源的模拟，具备高度的集成化和模块化特性；本专利技术相较于传统的有限元法，采用单极子、偶极子作为基本声源，为复杂运动声源模拟提供了新思路和技术方案。
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1.一种基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述复杂运动声源可由运动单极子声源和运动偶极子声源叠加而成，所述单极子声源可视为一个质量源，其强度由声源产生的顺势流率决定；所述偶极子声源可视为一个与时间相关的力施加在流体介质中的某一点上，导致振荡球两侧的扰动表现出相反的相位。
3.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中运动坐标系是指跟随单极子声源或偶极子声源共同运动的坐标系。
4.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中洛伦兹变换，是指观测者在不同惯性参考系之间对物理量进行测量时所进行的转换关系，用于在不同惯性参考系之间对物理量进行测量，以反映由于运动所引起的多普勒效应。
5.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述步骤S4波动方程在全局坐标系下的解析解，采用坐
6.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述步骤S6中基于叠加原理构建任意复杂运动声源，包括具有任意速度、运动方向、频率的单个声源；以及有多个声源时，单极子声源和偶极子声源的位置和分布排列情况。
...【技术特征摘要】
1.一种基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述复杂运动声源可由运动单极子声源和运动偶极子声源叠加而成，所述单极子声源可视为一个质量源，其强度由声源产生的顺势流率决定；所述偶极子声源可视为一个与时间相关的力施加在流体介质中的某一点上，导致振荡球两侧的扰动表现出相反的相位。
3.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所述步骤s1中运动坐标系是指跟随单极子声源或偶极子声源共同运动的坐标系。
4.根据权利要求1所述的基于运动单极子和偶极子叠加的复杂运动声源模拟方法，其特征在于，所...
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