基于倒谱的水声材料声反射系数测量方法研究

发布时间：2020-04-11 15:14

【摘要】：声学材料在水声学领域的应用都十分广泛,潜艇作为海军装备中不可或缺的武装力量越来越受到各国海军的重视,潜艇的隐身性能是其提高战斗力的重要影响因素,在潜艇表面敷设消声瓦可降低潜艇内部辐射的噪声级,并减弱敌方主动声呐的回波强度,进而降低潜艇的目标强度。而声反射系数是表征吸声材料声学性能的重要参数,准确、快速地获取吸声材料的声反射系数可科学地指导其应用。首先,本文分析了声波在均匀分层介质上的声反射规律,研究了水声材料声反射系数自由场测量倒谱法的基本原理,阐述了倒谱域震荡的来源,最后提出了改进方案,区别于现有倒谱法,无需二次测量,实现了直达声与反射声在倒谱域上的有效提取,提高了现有倒谱法的测量效率。通过数值计算和仿真分析了背景噪声、试样边缘衍射效应以及测量系统参数对测量结果的影响,证明了测量的有效性。其次,本文将矢量水听器应用于倒谱法测量。矢量水听器是一种新型的传感器,矢量水听器有传统声压水听器无法比拟的优势,其可以共点、同步地获取声场中的声压与质点振速信息,扩展了信号处理的空间,并且其矢量通道具有“8”字形指向性,通过声压与质点振速联合信号处理技术可得到单边指向性,获取一定的空间处理增益。本文所述基于单矢量水听器的测量方法利用其空间增益抑制试样边缘衍射声等干扰,并通过数值计算和仿真研究了背景噪声、试样边缘衍射效应以及测量系统参数对测量结果的影响,证明了测量的有效性。最后,本文开展了基于单声压水听器与单矢量水听器的改进倒谱法的实验研究与数据分析工作。通过发射满足测量要求的声信号,对不同入射角度情况下的数据进行数据处理与分析,验证了测量理论的正确性和有效性。
【图文】：

示意图,球面波,波阻抗,示意图

222 210c t Φ Φ = 中，声压与质点振速为：( )( , )j t krAp r t erω =( )1( , )j t krA jkru r t er c jkrωρ += 播距离，，k = ωc为波数，ω 为信号角频率 ( )0( )( , ) (11( , ) 1j t krj t krAep r t rZ cA jkru r t er c jkrωωρρ = = = + ，球面波波阻抗为平面波波阻抗ρc。当声透射。如图 2.1 所示。Z

示意图,倒频谱,测量模型,示意图

0 1。.1.2 倒谱法测量水声材料声反射系数基本原理设时间信号为 y ( t )，其频谱为 Y ( ω ) = F y ( t) ，则其倒谱为：( ) ( ( ))21c τ F lnYω = (式中， F ( )和 ( )1F 分别表示傅里叶变换和傅里叶反变换。水声材料声反射系数大样品自由场测量模型示意图如图 2.2 所示。显然水听器的信号有直达波、待测样品反射波、样品边缘衍射波和水池池壁反射波等，由于壁到水听器声程较远，当发射信号形式为合适的脉冲声时，可以方便地将其在时除，而样品边缘衍射波与反射波之间声程差较小，在时域上不易直接分离。为了式推导，假设待测样品为正方形的，水听器布放于待测样品中心正前方，声源发为 ( )ip t ，待测样品表面反射信号为 ( )rp t ，当声波法向入射时，待测样品各边边波在接收点处同相叠加，令e e1 e 2 e 3 e4p = p + p + p + p，式中e1p 、e2p 、e3p 和e4p 分测样品四边的边缘衍射波。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB56

【参考文献】