水下角反射體聲學(xué)標(biāo)記物反向聲散射特性研究.pdf

1、水下角反射體是一種散射波中存在多次散射波的水下凹面目標(biāo)，其散射聲場(chǎng)的計(jì)算方法和散射聲場(chǎng)特性是水下目標(biāo)聲散射領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一。本文主要對(duì)組成角反射體的水負(fù)載彈性板的彈性散射波、水下凹面目標(biāo)散射聲場(chǎng)計(jì)算方法、水下角反射體反向聲散射特性、以及利用角反射體作為海底聲學(xué)標(biāo)記物時(shí)遇到的相繼脈沖海底混響抑制方法等方面進(jìn)行了研究。
　　 推導(dǎo)了水負(fù)載彈性板中Lamb波頻散方程，通過數(shù)值求解得到了Lamb波相速度和群速度的頻散曲線。在計(jì)算得

2、到的頻散曲線中發(fā)現(xiàn)存在相速度大于或小于群速度的現(xiàn)象，由于群速度是波能量傳播的速度，由此分析得到水中彈性板的彈性散射波到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間由板中Lamb波群速度和水中聲速?zèng)Q定的結(jié)論。通過對(duì)水中彈性鋼板的回波測(cè)量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)回波中存在超前或落后于鋼板棱角波的彈性散射波，證明了理論分析結(jié)果的正確性。
　　 為了解決含有多次散射時(shí)水下目標(biāo)散射聲場(chǎng)的計(jì)算問題，提出了一種聲束彈跳方法。把入射聲波劃分為若干聲束，根據(jù)幾何聲學(xué)方法計(jì)算每條聲束在目標(biāo)表

3、面的反射方向和能量損失，利用物理聲學(xué)方法計(jì)算最后一次反射的聲束所對(duì)應(yīng)的面元的散射場(chǎng)，通過計(jì)算所有聲束產(chǎn)生的散射場(chǎng)的疊加得到整個(gè)目標(biāo)的散射場(chǎng)。計(jì)算了直角凹面圓錐體的散射聲場(chǎng)，并對(duì)具體模型進(jìn)行了水池測(cè)量實(shí)驗(yàn)，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果一致。表明該方法作為一種高頻近似的數(shù)值計(jì)算方法，可以計(jì)算存在多次散射時(shí)水下目標(biāo)的散射聲場(chǎng)。
　　 研究了水下角反射體的反向聲散射特性。利用聲束彈跳法計(jì)算了角反射體的目標(biāo)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)角反射體在較大目標(biāo)方位角范圍

4、內(nèi)都具有較大的目標(biāo)強(qiáng)度；通過對(duì)含有角度誤差的角反射體目標(biāo)強(qiáng)度的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)角反射體目標(biāo)強(qiáng)度隨方位角的變化對(duì)角度加工誤差要求較高，隨著角度加工誤差的增大目標(biāo)強(qiáng)度隨方位角的變化會(huì)隨之迅速發(fā)生改變；通過分析入射到角反射體上聲束的聲程，發(fā)現(xiàn)角反射體的多次散射回波也可用亮點(diǎn)模型進(jìn)行描述，二面角反射體的亮點(diǎn)位置為二面角的頂點(diǎn)位置，三面角反射體的亮點(diǎn)位置為三平面相交的頂點(diǎn)位置；通過對(duì)三種不同形狀三面角反射體目標(biāo)強(qiáng)度的計(jì)算，圓形三面角反射體強(qiáng)回波占據(jù)空間

5、一個(gè)卦限的角度范圍最大；通過對(duì)不同頻率入射聲波的計(jì)算結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)ka>60時(shí)，即當(dāng)角反射體的邊長(zhǎng)比聲波波長(zhǎng)大大約10倍以上時(shí)，強(qiáng)回波隨方位角變化占據(jù)的角度范圍隨ka的變化基本保持不變。
　　 以海底混響為研究對(duì)象，提出了一種降低混響仿真計(jì)算量的時(shí)-空離散化模型。以混響的點(diǎn)散射模型為基礎(chǔ)，海底混響被認(rèn)為是海底散射體對(duì)發(fā)射信號(hào)的響應(yīng)，用線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行描述，得到?jīng)_擊響應(yīng)函數(shù)。通過對(duì)沖擊響應(yīng)函數(shù)時(shí)間域離散射化處理，相應(yīng)的對(duì)海底進(jìn)行

6、空間區(qū)域劃分，進(jìn)而把散射體散射信號(hào)疊加時(shí)的疊加總數(shù)轉(zhuǎn)化為時(shí)間域離散化之后的時(shí)間段總數(shù)，降低了混響仿真時(shí)的計(jì)算量。通過計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，表明所提方法可以有效降低計(jì)算量，并且仿真混響的相關(guān)特性與文獻(xiàn)研究結(jié)果相符。
　　 進(jìn)行沉底目標(biāo)探測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，相繼脈沖混響之間存在非相關(guān)成分。結(jié)合混響時(shí)-頻譜圖分析，給出了引起相繼脈沖混響之間非相關(guān)成分的影響因素。根據(jù)概率論中的大數(shù)定律，采用了一種相繼脈沖混響積累抵消的方法對(duì)非相關(guān)成分進(jìn)行抑制。通過對(duì)實(shí)