水下角反射體聲學(xué)標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，其散射聲場的計算方法和散射聲場特性是水下目標聲散射領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一。本文主要對組成角反射體的水負載彈性板的彈性散射波、水下凹面目標散射聲場計算方法、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)標記物時遇到的相繼脈沖海底混響抑制方法等方面進行了研究。
　　 推導(dǎo)了水負載彈性板中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接收點的時間由板中Lamb波群速度和水中聲速決定的結(jié)論。通過對水中彈性鋼板的回波測量實驗，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水下目標散射聲場的計算問題，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)方法計算每條聲束在目標表

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

4、內(nèi)都具有較大的目標強度；通過對含有角度誤差的角反射體目標強度的計算，發(fā)現(xiàn)角反射體目標強度隨方位角的變化對角度加工誤差要求較高，隨著角度加工誤差的增大目標強度隨方位角的變化會隨之迅速發(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模型進行描述，二面角反射體的亮點位置為二面角的頂點位置，三面角反射體的亮點位置為三平面相交的頂點位置；通過對三種不同形狀三面角反射體目標強度的計算，圓形三面角反射體強回波占據(jù)空間

5、一個卦限的角度范圍最大；通過對不同頻率入射聲波的計算結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)ka>60時，即當(dāng)角反射體的邊長比聲波波長大大約10倍以上時，強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象，提出了一種降低混響仿真計算量的時-空離散化模型。以混響的點散射模型為基礎(chǔ)，海底混響被認為是海底散射體對發(fā)射信號的響應(yīng)，用線性網(wǎng)絡(luò)對其進行描述，得到?jīng)_擊響應(yīng)函數(shù)。通過對沖擊響應(yīng)函數(shù)時間域離散射化處理，相應(yīng)的對海底進行

6、空間區(qū)域劃分，進而把散射體散射信號疊加時的疊加總數(shù)轉(zhuǎn)化為時間域離散化之后的時間段總數(shù)，降低了混響仿真時的計算量。通過計算機仿真結(jié)果，表明所提方法可以有效降低計算量，并且仿真混響的相關(guān)特性與文獻研究結(jié)果相符。
　　 進行沉底目標探測實驗時，相繼脈沖混響之間存在非相關(guān)成分。結(jié)合混響時-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非相關(guān)成分進行抑制。通過對實