《提取水中目標斷面圖像信息實現聲散射特性快速預報》是依託上海大學，由王朔中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：提取水中目標斷面圖像信息實現聲散射特性快速預報
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王朔中
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目逆向運用衍射CT原理解決聲學正問題，提取入射波和目標斷面圖像的互動信息，用以預報水中目標散射特性。實際的聲散射問題常難以嚴格求解，基於格線剖分的數值方法則計算量巨大，我們尋求無需大規模疊代和大容量記憶體、適應工程需要的目標特性快速預報新方法。在理論方面，推廣Fourier衍射投影定理，使適用範圍從前後向投影拓展到任意方向，從二維擴展到三維，放寬弱散射條件以滿足目標特性預報要求。在算法方面，研究非均勻FFT的逆運算，針對寬頻入射信號和全方位散射預報實現Fourier定理離散化；解決頻域樣本的最佳化插值問題；發展面向套用的算法框架。在數值計算和實驗研究方面，對照其它數值方法進行計算複雜度和預報精度理論分析，最佳化計算效率和預報精度；通過對複雜目標的計算和水池實驗，驗證理論和算法研究成果。在學術上提供解決波動問題的新途徑，在工程上對水下航行器隱身/反隱身技術、聲吶設計、海洋開發有重要意義。
結題摘要
本項目旨在建立一個水中目標聲散射特性預報的新框架，基本思路是逆向運用衍射CT 的數學工具即Fourier衍射定理以解決聲學正問題。進行了理論研究和算法研究。在理論上導出了廣義Fourier衍射定理，將過去僅適用於前後向散射預報的方法拓展為通過一次採樣實現所有方向的散射預報，在此基礎上圍繞預報精度和放寬弱散射條件展開了一系列研究。揭示基於一階Born近似的方法存在的缺陷，在Fourier 衍射定理框架下考慮散射體內部與周圍介質的波數差異，引入修正，有效提高了散射波指向性預報準確性。將一階近似解當作次級入射，再次運用Fourier衍射定理求得散射聲場增量，實現了二階近似，進一步提高了預報精度，放寬了預報算法對目標材質的限制，取得了預期效果。提出了將該方法從二維擴展到三維的基本思路。進行了大量數值計算，對於典型目標，與理想條件下的嚴格解析解比較，表明本項目所提方法所得結果可靠。對於無法求得解析解的一般情況得到的結果合理，並與FDTD計算結果吻合，計算效率的提高達兩個數量級以上。進行了水池實驗，驗證某些特定目標的計算結果。在算法方面，為高效進行全方位散射特性的計算，提出將旋轉運算轉化為平移的方法。為避免圖像離散頻譜誤差導致散射預報失敗，通過循環運算得到平滑的Radon投影，可根據粗採樣得到的空域樣本準確計算二維離散頻譜，為運用Fourier衍射定理預報聲波散射以及今後進一步發展奠定了基礎。作為水聲目標散射研究的拓展，提出了利用回波特徵對分層目標性質進行分類識別的方法。項目研究成果提供了一種處理波動問題的新途徑，解決了一系列關鍵性問題。通過進一步深入研究可發展為工程套用，對水下航行器隱身/反隱身技術、聲吶設計、海洋開發有重要意義。本項目已發表論文11 篇，錄用論文5篇，共16篇。其中國際期刊論文2篇，國核心心期刊9篇，國際會議論文5篇。SCI收錄期刊2篇，EI收錄期刊5篇。培養博士生3名（已授學位2名，通過答辯1名），碩士生9名（已授學位7名），博士後出站2名。申請發明專利1項。開發實驗性軟體1 項。另外，投稿論文2篇（均為SCI期刊）。本項目負責人王朔中於2012年獲上海市自然科學二等獎。
