闭式蛙人目标强度预报及试验

闭式蛙人穿戴潜水服、眼镜、头盔和脚蹼，同时携带水下闭路呼吸器等在水下工作。本文通过理论建模和试验，研究水下闭式蛙人回声特性。将非刚性表面高频条件下目标回声特性预报的板块元方法算法进行局部修正，以适应考虑遮挡情况下不同属性材料组合目标回声特性预报计算。建立闭式蛙人潜水装备的分层介质反射系数模型，结合其几何外形的三维精确建模，计算闭式蛙人回声特性。给出了游泳姿态的0°～360°目标强度、回波时域角度谱、蛙人表面亮点分布等细致的计算图像。开展了真实闭式蛙人的湖上试验，理论计算与试验测量进行了对比分析。研究表明，气瓶、潜水服是主要的回波贡献，闭式蛙人目标强度概率分布区间在频率为50、70 kHz时为-20～-13 dB，在频率为80 kHz时为-23～-17 dB。     

基于鱼雷导引弹道的目标回声特性研究

将板块元方法应用到鱼雷导引弹道计算中,对运动目标的回声特性进行了研究。用刚性球Rayleigh简正级数解检验了板块元方法对运动目标回声特性的计算,在此基础上把板块元方法应用到鱼雷尾追法、固定提前角法、平行接近法三种导引弹道下复杂Benchmark模型目标回声特性的研究。此方法为研究水下运动目标回声特性提供了重要的理论依据。     

水中规则波纹表面球回声特性研究

运用声呐目标回声特性预报的板块元方法,研究了平面波入射水中规则波纹(正弦平方曲线波纹)表面球体的目标回声特性。分析了表面波纹高度、周期、入射平面波频率和入射方位角对声目标强度空间分布和频率响应特性的影响规律。讨论了不同频段目标强度空间分布特性的形成机理,得到了表面波纹参数与目标强度频率响应和空间分布特性的近似定量关系。通过水槽实验测量得到了3D打印的规则波纹表面尼龙球目标强度的频率响应和空间分布特性,测量结果与理论计算结果吻合较好。掌握规则波纹表面球体回声特性,有助于开展利用声学超构材料对散射声场调控的研究。     

船坞登陆舰声散射时频特征数值及试验研究

阐述了基于虚源法的板块元基本原理,以及目标强度和时域回波的计算方法。通过建立三维船坞登陆舰的网格模型,考虑水面反射以及船艉部分浸水的影响,计算得到了水平方位上的目标强度、由远场到近场回声强度的变化规律以及浅海水域下通过水雷正上方时回声强度的通过特性,并对这些结果进行的分析。通过开展运动水面舰船模型声散射湖上试验,获取了舰船模型时域回波特征,并与计算结果对比。研究结果表明,采用基于虚源法的板块元能够对船坞登陆舰的目标强度、回声强度以及时域回波结构给出比较准确的预报。研究结果将对提高船坞登陆舰声隐身特性,避开鱼雷和水雷等水中兵器的攻击提供一定的参考价值。     

声波斜入射下各向同性均匀板的吸声特性

采用传递矩阵方法对水下多层均匀复合结构的吸声特性进行了研究，提出了声波以一定角度从流体向多层均匀媒质斜入射时吸声特性分析的一般模型，导出了声波斜入射下完全浸入水中的任意层媒质的声吸收系数的解析表达式。给出了一些典型结构的吸声系数的仿真结果。     

水下爆炸应力波在含声学覆盖层结构中的传播规律

 针对舰船的含声学覆盖层结构,对水下爆炸作用下应力波在该结构中的传播规律进行研究。采用二阶Godunov方法,建立水下爆炸应力波在多层介质中传播的计算模型,并与经典Taylor平板解析解进行对比验证;通过对不同工况下的应力波传播规律分析,获得边界条件、声学覆盖层厚度等参数对其影响规律,可为舰艇抗冲击设计、研究提供参考。     

敷设粘弹性材料的多层吸声模型阻抗匹配

研究敷设粘弹性材料多层结构的阻抗匹配方法对水下目标隐身具有重要意义。文中利用多层介质声传播理论,推导了简洁的任意多层结构模型声场特性计算公式,并结合粘弹性材料的动态特性,应用所推公式计算了水下敷设吸声材料多层模型的声场特性。借助数值分析方法,对多层结构模型各层材料特性阻抗与模型声学性能间的关系进行了仿真,探索利用模型各层特性阻抗设计模型阻抗匹配的方法。通过分析模型各层特性阻抗比例关系对模型声场特性的影响,得出其实现阻抗匹配的最优取值范围。研究结果对设计、选取吸声材料具有重要意义。     

一种改进的板块元目标回声计算方法

板块元法是一种水下目标回声特性的近似计算方法,提高其积分计算的稳定性和快速性是应用中常遇到的问题。将Gordon积分算法引入到板块元方法中,并结合面元声散射特点,对其加以简化。仿真结果表明,所提方法在计算目标回声中不仅有效克服了常规算法中的不稳定问题,也使计算速度得以提高。     

水下覆盖层结构的声学特性分析

根据波动理论应用分层分析的方法得到了不同入射角度、不同背衬情况时声波在水下覆盖层结构中的吸声、反射系数以及透射损失等,并数值计算了不同入射角度下三种背衬条件下的透射损失,分析表明:声波垂直入射时透射损失性能最差;水背衬时水下覆盖层结构的透射损失低频时很小,中高频时急剧增加;单壳背衬低频时壳体本身起主要的吸收作用;中高频时水下覆盖层结构的吸收作用逐渐明显;双层壳背衬时其透射损失频响曲线出现谐振峰,削弱水下覆盖层结构的声学性能,总体来说,敷设非均匀结构要优于敷设均匀结构。     

基于分段合成法的水下凸体结构声散射亮点模型

基于亮点模型基本理论，结合变形柱方法计算细长物体散射声场时切分目标的基本思想，分割凸体结构得到微元目标，利用亮点模型近似描述微元目标的散射声场，最后将考虑相位因素在内的亮点模型组成整体并计算得到凸体结构的目标强度。将亮点模型与分层弹性介质声传播理论相结合，得到计算非刚性表面凸体结构目标强度的亮点模型方法，分析1 kHz～10 kHz频段下目标强度角度频率谱，以及在5 kHz与8 kHz频率下刚性与非刚性表面凸体结构的目标强度特性曲线。结果表明，微元目标间的相位因素是影响亮点模型计算精度的重要因素，切分段数的选取与目标外形和计算频率有关。通过与板块元计算结果对比，证明该模型具有较高的计算精度，不仅拓宽亮点模型的适用范围，使其更加符合工程实际需求，可为时域回波预报提供更大的空间。     

水下目标回波的块信号稀疏分解方法

基于匹配追踪的稀疏分解方法原理简单,在工程实际中应用广泛,但其计算量大,重构精度也不够理想。针对此问题,利用水下目标回波信号的块稀疏特性,提出了水下目标回波的块信号稀疏分解方法。首先基于水下目标回波和块稀疏信号的基本理论,结合回波信号仿真结果,分析了水下目标回波信号的块稀疏特性;然后,充分考虑回波信号本身的稀疏结构,利用信号分块和原子分块的思想,针对水下目标回波提出了块信号的稀疏分解和块匹配追踪重构算法,并从理论上对其计算复杂度进行了分析;最后,采用仿真实验的方式,与传统方法进行对比。结果表明,该方法大大减少了计算量,提高了重构精度。     

Imaging of the Elastic Wave Propagation in Concrete Using Scanning Techniques: Application for Impact-Echo and Ultrasonic Echo Methods

Acoustic NDT methods like ultrasonic echo and impact-echo are successfully used for NDT of concrete structures. This paper describes useful techniques for a detailed experimental study of the elastic wave propagation, which is highly relevant for the interpretation of the results obtained from practical measurement applications. By using a scanning laser vibrometer it becomes possible to obtain a 2D visualization of the elastic waves propagating along the surfaces of concrete specimens. Time slices are prepared so that the wave field becomes apparent. In order to visualize especially the surface wave propagation a similar technique using a scanning system with a piezoelectric sensor is applied. The results obtained provide an appropriate basis for the comparison with numerical results from 3-D Elastodynamic finite integration technique (EFIT) calculations, which is demonstrated here. Examples are presented for the application with phased array ultrasonic echo, air-coupled ultrasonic echo and impact-echo.     

深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

薄壳目标的多基地声散射特性研究

文章对水中薄壳目标的多基地声散射特性进行了理论仿真与试验测量研究。首先采用有限元耦合边界元和基尔霍夫(Kirchhoff)近似积分两种不同的数值计算方法对内部充气球冠圆柱壳的多基地声散射特性进行建模仿真,然后通过目标在消声水池的散射声场试验测量验证仿真结果的有效性。采用相同的数值计算方法对Benchmark模型的多基地散射声场进行仿真计算,分析多基地(全向)声散射特性及散射机理。结果表明,水中目标多基地散射的回波强度与回波结构与多基地分置角相关,且回波亮点的主瓣宽度也随多基地分置角变化而变化;Benchmark模型的艇体和指挥舱之间存在强烈的干涉作用,使多基地(全向)散射声场的竖状条纹发生倾斜。研究为水下目标的多基地探测提供理论支持。     

分析小型水下圆柱壳结构冲击响应的一种近似方法

根据小型水下圆柱壳状结构受爆炸冲击后散射现象严重的特点，提出了一种新的冲击加速度的近似计算方法。首先把带加强筋的柱壳结构简化为光滑柱壳，并将冲击波分解为不同频率谐和平面波的迭加，然后，采用耦合模态法分析了受爆炸冲击水下圆柱壳状结构周围的散射场，求出了圆柱壳水下结构的表面接收压力，进而分析其受到爆炸冲击后的冲击加速度，并研究了结构的弹性变形、材料特性对冲击加速度响应的影响。工程应用实例的分析结果表明，该方法具有物理概念清晰，运用方便，准确高度的特点，可适用于分析小型水下圆柱壳状结构受到冲击加速度响应。     

组合核函数支持向量机在水中目标识别中的应用

论文研究了支持向量机核函数构成条件以及不同核函数的特性，结合水中目标识别技术特点，提出了一种组合核函数支持向量机的方法。提取了基于小波变换的舰船辐射噪声奇异性、尺度-过零、尺度-能量特征，对水中目标进行了SVM分类识别。研究表明，基于组合核函数的支持向量机分类识别效果优于单独核函数的支持向量机识别效果。     

宽带声学多普勒流速剖面仪球面散射回波模型研究

宽带声学多普勒流速剖面仪通过处理水下体积回波信号进行流速估计,回波模型的准确度决定了理论仿真的正确性。针对回波的散射特性,通过分析水层回波信号的时空关系,提出一种球面散射水层回波模型,并利用坐标旋转方法推导出该水层回波解析式。相比其他方法,该模型解析式充分体现了散射体模型形状对回波的作用,更加接近实际情况。对该模型下回波信号进行频谱和自相关特性分析,采用复相关算法估算流速。通过与实测数据进行对比,结果证明了该回波信号模型与解析式的正确性。     

空气隔层对水下爆炸冲击波的缓冲效应

由于水下爆炸对结构的破坏能力比空中爆炸要强得多,因此针对水下结构的防护越来越受到重视。根据一维应力波在不同介质交界面的透射反射理论,从理论上分析了低波阻抗介质(如空气)对水下爆炸冲击波传播的影响。通过建立含空气隔层的水下爆炸全耦合模型,考虑水下爆炸冲击波与空气隔层及爆轰产物的动态相互作用,研究了空气隔层对水下爆炸冲击波的缓冲效应,揭示了空气隔层的运动发展过程。同时分析了空气隔层厚度及位置对水下爆炸冲击波缓冲效应的影响。结果表明:空气隔层距防护对象越近,防护效果越佳,具有重要的工程应用价值。