基于射線理論的水下典型彈性體反向散射特性研究.pdf

1、水聲學(xué)作為聲學(xué)的一門分支，主要研究聲波在水中傳播、輻射、散射和接收的規(guī)律，用以解決與水下目標(biāo)探測(cè)和信息傳輸過(guò)程相關(guān)的各種聲學(xué)問(wèn)題。對(duì)聲波的散射特性進(jìn)行研究是為了發(fā)現(xiàn)和總結(jié)聲波在水中傳播時(shí)所遵循的規(guī)律及相應(yīng)的機(jī)理。常見(jiàn)的水下散射體如潛艇、魚(yú)雷、水雷、礁石的幾何形狀各不相同，但總得來(lái)說(shuō)，它們或者接近于球形、或者接近于柱形，所以為了數(shù)學(xué)處理上的方便，通常將它們近似看作球體或圓柱體。這種近似處理，往往使數(shù)學(xué)運(yùn)算大大簡(jiǎn)化，而得到的結(jié)果也適用于實(shí)際

2、的散射體，因而本文研究了水下非定常三維典型彈性體如球體、球殼、圓柱體、圓柱殼的散射特性。
　　 本文首先回顧了水聲學(xué)的發(fā)展歷史，并介紹了水下典型彈性體反向散射問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外理論研究概況和數(shù)值方法。在計(jì)算水下彈性殼體的遠(yuǎn)場(chǎng)聲散射時(shí)，一般采用射線方法，這種方法比較適用于較高的頻率。本文根據(jù)PWS（partial wave series）回波公式計(jì)算了球體、球殼、圓柱體和圓柱殼的形函數(shù)。比較這些形函數(shù)發(fā)現(xiàn)，球殼在中頻范圍內(nèi)有明顯的增強(qiáng)現(xiàn)

3、象，稱之為中頻增強(qiáng)現(xiàn)象，而其它幾種彈性體沒(méi)有出現(xiàn)類似的情況。研究發(fā)現(xiàn)中頻增強(qiáng)現(xiàn)象主要是由拉姆波中的亞音速反對(duì)稱波引起。本文利用修正射線理論分別計(jì)算了不同厚度球殼，波的頻散曲線，并根據(jù)頻散曲線估算出不同厚度球殼波的回波貢獻(xiàn)最大時(shí)的無(wú)量綱頻率和與之相應(yīng)的無(wú)量綱延遲因子，分析這些數(shù)值發(fā)現(xiàn)，球殼的厚徑比h/a、無(wú)量綱延遲因子 都與最大增強(qiáng)時(shí)的頻率 近似成線形關(guān)系，并根據(jù)這一屬性，導(dǎo)出了兩個(gè)線形公式用來(lái)估算薄球殼的半徑和厚度。同時(shí)也提出了一個(gè)利用