UUV-NoiseLab

UUV 目标辐射噪声仿真平台 —— 纯 Python 半经验噪声模型 + 轻量 Web 界面，支持点源/线源/面源/体源四类等效声源仿真与三维可视化。

本项目为研究与工程原型。默认参数仅用于算法链路验证与可视化演示，未经真实 UUV 实测数据标定，不应视为特定装备的真实声学指纹。

功能概览

• 支持点源、线源、面源、体源四种等效声源类型，可单选或同时运行全部四类
• 合成 UUV 目标辐射噪声半经验信号：螺旋桨高斯脉冲调制包络、空化/螺旋桨宽带连续谱、机械宽带噪声、艇体流噪声、轴频/叶频/电机线谱（含频率抖动）
• 输出 PNG 频谱图/波形图/LOFAR/DEMON/总览、WAV 音频预览、CSV 数据表、NPZ 压缩结果
• 三维交互式几何可视化：使用 Three.js 渲染等效源空间分布，支持鼠标旋转/缩放/平移
• Web 界面：左侧参数配置 + 右侧结果标签页切换，整屏适配无需滚动

项目结构

UUV-NoiseLab/
├── backend/
│   ├── server.py              # Python HTTP 后端（标准库，无需框架）
│   └── uuv_noise/
│       ├── __init__.py
│       └── simulation.py      # 仿真内核（NumPy/SciPy 信号合成）
├── frontend/
│   ├── index.html             # 页面结构
│   ├── styles.css             # 样式
│   └── app.js                 # 前端逻辑 + Three.js 3D 渲染
├── jobs/                      # 仿真任务输出目录（运行时自动生成）
├── requirements.txt           # Python 依赖
├── start_local_web.bat        # Windows 一键启动脚本
└── README.md

环境要求

• Windows / Linux / macOS
• Python 3.10+
• 依赖：NumPy、SciPy、Pillow（PIL）

安装依赖：

pip install -r requirements.txt

快速启动

python backend/server.py

浏览器打开：

http://127.0.0.1:8765

Windows 也可双击 start_local_web.bat 启动。

如需更换端口：

# Linux/macOS
export UUV_WEB_PORT=8768
python backend/server.py

# Windows PowerShell
$env:UUV_WEB_PORT='8768'
python backend/server.py

架构说明

浏览器 (前端)
  │  fetch() 发送 JSON 参数
  ▼
Python 后端 (server.py)
  │  规范化参数 → 创建任务 → 开线程异步计算
  ▼
仿真内核 (simulation.py)
  │  信号合成 → 频谱分析 → 图片/音频/数据文件输出
  ▼
结果回传
  前端轮询任务状态 → 成功后加载图片/音频/3D 数据

• 前端与后端通过 REST API（HTTP + JSON）通信
• 后端使用 Python 标准库 ThreadingHTTPServer，无需 Flask/Django
• 仿真任务异步执行，前端每 2 秒轮询状态
• 3D 几何渲染由前端 Three.js 完成，后端提供离散源坐标数据

界面说明

采用两栏布局，整屏适配：

• 左侧 — 参数配置：声源类型选择、UUV 几何与推进参数、采样与接收位置、离散源数量、背景噪声开关
• 右侧 — 仿真结果（顶部标签页切换）：
  • 总览：关键指标卡片 + 总览图
  • 源级谱 / 时域波形 / LOFAR / DEMON：频谱分析图
  • 三维几何：Three.js 交互式 3D 可视化（等效源分布 + UUV 艇体 + 接收器位置）
  • 音频：WAV 在线试听
  • 文件：CSV/NPZ/TXT 下载

输出文件

每次仿真在 jobs/<job_id>/ 下生成：

文件	说明
uuv_source_signal.wav	1 m 等效源信号预览
uuv_received_target.wav	传播后目标信号预览
uuv_received_mix.wav	目标 + 背景噪声混合预览
uuv_source_spectrum.png	源级谱图
uuv_waveforms.png	时域波形图
uuv_lofar.png	LOFAR 低频分析图
uuv_demon.png	DEMON 包络谱图
uuv_source_geometry_3d.png	等效源几何分布图（静态版）
uuv_summary.png	总览图
uuv_source_spectrum.csv	频谱数据表
uuv_tonal_lines.csv	线谱表
uuv_source_geometry.csv	源单元坐标与权重
uuv_source_model_result.npz	NumPy 压缩结果
uuv_noise_description.txt	信号说明

技术栈

层	技术
前端	原生 HTML/CSS/JavaScript + Three.js (CDN)
后端	Python 标准库 http.server
仿真	NumPy + SciPy + Pillow
3D 可视化	Three.js r128 + OrbitControls

重要限制

本项目是工程原型。默认参数仅用于算法链路验证和可视化演示，未经过真实 UUV 实测数据标定，不能视为特定装备的真实声学指纹。未来可扩展为 FastAPI 后端、接入 Bellhop/RAM/Kraken 传播模型、添加用户认证与任务队列。