声学透镜的声场仿真与设计方法研究

发布时间：2020-09-04 08:17

　　声学透镜是高分辨率成像声呐系统的重要组成内容,可以代替传统的电子波束形成对声呐系统的入射声波进行波束形成。本文结合高分辨率声透镜成像技术,对声学透镜的声场分析模型、声学透镜的声场分布以及声场性能、透镜系统的分析与设计、双频透镜系统的设计几个方面进行了详细的分析与讨论。对透镜系统的声场仿真模型进行了详细的分析与对比,简述射线声学和波动声学仿真模型的基本原理,较为详细地阐述混合法分析模型的基本原理与建立方法。在对透镜系统的声场聚焦性能以及波束性能仿真分析过程中利用了混合法分析模型,详细分析了接收基阵放置位置的选择规则,全面的分析了透镜的几何参数(界面形状、孔径、界面离心率、透镜的个数和透镜间距)、透镜材料的声学参数(材料声速、材料密度、材料声衰减系数)、温度对透镜系统的声场聚焦性能和波束性能的影响趋势。为了充分利用各参数对透镜声场性能的影响规律,引入曲线拟合的方法描述部分参数和透镜性能参数之间的影响关系,在透镜系统设计时可以对参数进行预估,便于透镜系统的分析设计。根据仿真以及参数预估所得到的规律作为参考,通过合理地调整透镜系统各参数的值可以使透镜系统达到更好的性能,从而提高高分率成像声呐的成像质量。根据所得规律设计了2组透镜系统:1、由一个透镜组成的单频透镜系统;2、由2个透镜组成的双频透镜系统。详细分析频率对透镜系统的影响,分析不同频率下系统聚焦性能以及波束性能,进而讨论接收基元的布放位置问题,利用所得结论来选取双频透镜系统的两个工作频率。设计双频透镜的变焦系统,使接收基阵位置在固定不变的前提下两种频率工作时系统均可以达到良好的接收性能。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U666.7
【部分图文】：

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第 1 章绪论标准式和长距式。在标准工作模式下工作频率为 1.1MHz 和 1.8MHz，可视距离分别为1-35m和1-15m，具体参数详见表1.1。而在长距模式下，工作频率为700kHz和1.2MHz而工作距离范围由 1 米增大到了 80 米。DIDSON 成像声呐主要有 4 种机型，其外观上差距不大，工作深度可以从 100 米到 3000 米，其外观如图 1.2 所示。DIDSON 声呐的在工作频率为 1.1MHz 时声呐有 48 个接收波束，而在高频 1.8MHz 时有 96 个接收波束，两种工作模式下的水平开角均为 28.8°，图 1.3 为 DIDSON 成像声呐的波束示意图。

作模式下工作频率为 1.1MHz见表1.1。而在长距模式下，工到了 80 米。DIDSON 成像声从 100 米到 3000 米，其外观声呐有 48 个接收波束，而在平开角均为 28.8°，图 1.3 为图 1.1 DIDSON 声呐所成声图(b) 日本海的水母

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DIDSON声呐波束分布示意图

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