基于声传递向量的水中目标收发分置声散射快速计算方法

发布时间：2020-04-29 06:19

【摘要】：水中目标声散射特性是主动声纳赖以工作的重要信息源。以往研究更多重视收发合置的反向声散射,但随着低频主动大功率多基地声纳的发展,水中目标的收发分置声散射特性也成为研究的热点。本文提出了一种基于声传递向量的收发分置散射声场计算方法,该方法认为,空间中一点的散射声压等于目标表面各离散单元所贡献的散射声压的叠加,而每个单元贡献的散射声压又等于其散射声场的法向振速乘以一个声传递量,该传递量的物理意义为刚性目标表面面单元以单位速度振动时的远场辐射声压。通过仿真计算,结果证明该方法是有效的、可行的。文中首先引入收发分置声散射计算的理论模型,推导出基于声传递向量的收发分置声散射计算公式,相对于传统的物理声学方法,该方法对目标表面全积分,即考虑了影区贡献,并且考虑目标表面曲率的影响,可用来计算大分置角条件下收发分置散射声场。通过对自由空间中刚性球以及球柱组合体的收发分置声散射计算,并与解析解、有限元解做对比,初步验证本方法的有效性、准确性;其次对半自由空间即引入自由液面条件下,利用本方法计算刚性球以及球柱组合体的收发分置散射声场,并与解析解、有限元解做对比,进一步验证本方法的适用性;然后计算理想信道中刚性球的收发分置散射声场计算,并与利用镜像法计算的解析解结果进行对比,发现吻合效果良好;最后利用本方法计算理想信道中刚性球柱组合体的收发分置散射声场。仿真表明,该方法不仅可以计算收发合置散射声场,在收发分置的问题求解上也有较高的计算精度,并且其在计算速度上明显优于边界元、有限元方法,没有非唯一性、奇异积分以及高维矩阵求逆等问题,可节约很多时间成本,是一种在预报精度与预报速度之间折中的计算方法,具有一定的工程实用价值。
【图文】：

散射声场,图例

图 2-1 散射声场图例Fig.2-1 Schematic of scattered sound field标，结合目标表面的阻抗边界条件，边界元方法可方程，即 2 22 21 1( )2 4ikr ikrs S s S s SSe ep r p r p r dS n r n r 射声压 s Sp r ，然后利用（2-1）式积分计算观察点计算结果较为准确，但需要求解满秩矩阵，计算效率不适合工程上快速预报。度，基于 Kirchhoff 近似的物理声学作出近似假设[44]献，实际积分面积为从入射点、观察点看上去均为亮部平面波边界条件：1( )( ) /s is ins ip V pp pZp p n ++

散射声场,图例

递向量的收发分置散射声场计算方法体、小振幅波假设前提下，目标声散射问题可以由 Helm假设时间因子为i te ），即 ,, ,Ss s S s S i SSG r rp r p r j v r r G r r dSn 表面，Sr 、r ( r , , )分别是目标表面位置矢径与观察代表入射声波，其入射方位角为i ，仰角为i ，如图压， , s S iv r r 为目标表面散射声场对应的法向振速，足 2 20 0 0 G r , r +k G r , r ( r r) 0lim , 0rG r r 下自由场中取 Green 函数 i0, 4kRG r r e R，其中，R
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U666.7

【参考文献】