基于FDTD的水下復雜目標寬帶建模方法研究.pdf

1、水下聲散射特性研究是目前水下聲學的一個重要課題，它可以應用于海洋探測、海洋開發(fā)、交通導航規(guī)避等領(lǐng)域。由于水下目標很復雜，解析方法計算復雜目標的水下聲散射已很難完成。時域有限差分法（FDTD）是目前計算水下聲散射場的一個重要方法。本文利用時域有限差分法對復雜目標水下聲場進行了寬帶建模仿真，采用了一種新的網(wǎng)格化方法，改進了邊界條件。為水下目標特征參數(shù)提取提供了有效的建模方法。
　　本論文主要工作如下：
　?。?）針對寬帶入射信號

2、，考慮海水中的聲吸收系數(shù)對不同頻率的聲波吸收情況的不同，改進了FDTD迭代公式，使之與頻率相關(guān)，進而可以應用于寬帶入射信號的水下建模仿真。
　?。?）分別利用MUR吸收邊界和PML吸收邊界條件進行了建模仿真，對比吸收效果，得出匹配層吸收邊界條件效果優(yōu)于一階 MUR吸收邊界條件的結(jié)論。在海水和目標的分界面處采用了透聲界面FDTD公式，使得聲波可以透射入目標模型，仿真更接近于實際情況。
　　（3）針對復雜目標的網(wǎng)格化問題，借鑒電

3、磁場中的思路，采用了基于三角面元的復雜目標FDTD網(wǎng)格生成方法，利用3ds Max軟件和visual studio實現(xiàn)了對復雜目標的網(wǎng)格化。
　　（4）近遠場變換采用了傅立葉變換法，在單頻信號入射，目標散射體為圓球的情況下，利用這一算法從近場推導出遠場聲壓，通過線陣列接收聲波，并得到遠場陣列中陣元波形圖。
　?。?）對多種目標進行了建模仿真。對比了單頻信號入射和寬帶信號入射的不同散射場以及計算域特定點波形。驗證了改進的FDT