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。     

超高速撞击声发射信号在加筋壁板中传播的模态转换现象研究

为应对空间碎片对载人密封舱的撞击威胁,一种基于声发射的在轨感知系统被应用于载人密封舱,通过采集撞击产生的声发射信号,感知撞击事件并定位由此产生的气体泄漏源或潜在泄漏源。载人密封舱舱壁通常由周期性加筋板焊接而成,声发射信号在筋体处会发生复杂的散射现象。针对散射现象中的模态转换现象,采用数值仿真手段,研究了超高速撞击声发射信号所含各模态板波在筋体处的模态转换特性,结果表明:S0、A0、S2阶板波经过筋体后会分别部分转换为A0、S0、A1阶板波;A1阶板波经过筋体后会部分转换为S0阶板波。     

基于声学隧道效应的低频目标强度增强技术

高分子聚合物(Polymethyl Methacrylate,PMMA)材料的瑞利(Rayleigh)波相速度低于水中声速,是一类亚音速波,其声散射特性及形成机理与金属材料存在一定差异。根据弹性球散射声场简正级数解,对比分析了相同尺寸的PMMA球和钢球的目标强度,发现PMMA球在低频段具有较大的目标强度。采用亚音速波声学隧道效应和表面环绕波传播共振特性,对PMMA球中亚音速Rayleigh波形成的低频目标强度增强进行了物理机理解释和分析。最后,开展了PMMA球和钢球声散射水池试验,验证了PMMA球具备较大的低频目标强度以及分析结果的准确性。     

海底沉积层中高阶界面波对多掩埋物散射分析

根据界面波散射迭代公式,并利用含多个异质体弹性动力学的散射积分方程,引出海底沉积层中界面波高阶模式对掩埋物的散射情况。根据建立的分层海底模型,对沉积层中传播的界面波进行模式分解。利用界面波传播的Green函数构建界面波散射迭代积分,并根据弹性波对多异质体散射理论,将界面波散射积分推广到对多目标的散射情况。由模式分解的结果,求解出了前三阶界面波对多目标的散射情况,并对界面波高阶模式传播及对不同目标的散射情况做了分析。     

水中目标强度的一致性时域有限差分计算

本文应用一致性时域有限差分法（FDTD）和近场-远场变换计算散射声目标的反射声压强度，找出反射声压级与目标声中心到换能器间距离的关系。数值计算中考虑了自由场和有海面及海面波浪影响时的不同情况。根据声源和目标的几何特征对入射波和散射波分别作了球面和柱面扩散修正，并将计算结果与水池实验结果进行了比较。本文的讨论可对水下目标强度测量方法提供参考。     

相控聚焦超声与圆孔交互作用的散射特性研究

相较于传统超声检测,相控阵技术的声束聚焦控制能力使得相控超声检测的分辨率、信噪比和灵敏度等性能得到有效提升。但针对相控超声与缺陷的交互作用认识不足,导致目前检测技术无法对缺陷进行准确定性和精确定量。为此,建立了一维线阵相控超声检测圆孔缺陷的有限元模型,重点研究相控聚焦波束与圆孔缺陷交互作用的声场散射特性。结果表明,圆孔散射L模态的能量主要集中于正反射区和正透射区,且在透射区的能量大于反射区的能量,而在与入射声束垂直的方向上能量极其微弱,几乎没有散射能量;散射L模态沿入射方向呈轴对称分布;对于不同直径的圆孔缺陷,直径越大,在相同方向上散射波的能量越大;对于相同直径的圆孔,聚焦波与平面波入射时,散射波的分布规律相同,但聚焦波散射的能量明显高于平面波入射时散射的能量。     

充水透声结构声目标强度预报方法研究

充水透声结构是水下航行体重要的结构类型之一,主动声呐作用于目标时,声波可以透射充水透声结构外表面进入结构内部,在充水透声壳体结构内表面产生内部散射,从而影响目标的目标强度。文章提出了一种适用于透声结构目标强度预报的考虑透声的修正板块元方法,此方法假设散射声场近似为内表面板块散射声场和与之对应的外表面板块散射声场叠加,基于Z-Buffer算法确定充水透声结构的外、内表面板块之间的透射遮挡对,再考虑外表面板块的反射和透射系数、内表面的反射系数,采用非刚性表面板块元方法对两部分声场进行分别计算,相干叠加后预报总目标强度。此方法考虑了充水透射结构内表面的一次散射,物理概念清晰,提高了板块元方法预报精度。通过双层平板算例验证方法的正确性,并将此方法应用于BeTSSi Ⅱ潜艇模型中的典型透声结构——围壳部分的目标强度仿真计算,最后通过围壳缩比模型目标强度水池试验,验证了提出的方法预报精度。     

多排任意排列的弹性桩屏障对平面P波或SV波多重散射

提出可计算任意排列、任意圆截面多排弹性桩屏障对平面P波或SV波的多重散射理论方法,可弥补单重散射假定只在散射体截面尺寸相对入射波长可忽略情况下成立的不足,并考虑桩与桩间互相干涉现象。散射过程定义任意一弹性桩对入射P波或SV波的散射为第一重,第二重散射可将第一重散射波作为次生波源,继而对所有散射体皆遵循此过程;每一重散射均在桩土边界满足应力及位移连续条件,从而获得前一重与后一重散射的波函数迭代关系;总散射波场可由所有散射体各重散射叠加获得。数值计算考查相同截面多排桩屏障的散射重数、桩距、排距、桩土模量比等参数对屏障隔离效果影响。该方法可作为实际工程隔振设计理论参考依据。     

水下刚性角反射器散射特性

为了分析水下角反射器的声散射特性,提出了一种计算水下凹面目标散射声场的方法。采用ANSYS软件构建水下角反射器实体模型,再利用声学分析软件SYSNOISE对其远场散射声场进行仿真。计算了二面角反射器的目标强度,并与声束弹跳法和板块元法的计算结果进行对比,验证了该方法的适用性和精确性。对三面角反射器的散射特性进行了分析,得到了不同声波入射角度下的目标强度、目标强度随频率的变化规律以及散射方向图,结果表明,正方形角反射器的目标强度最大,三角形角反射器的散射宽度最大,角反射器目标强度不存在明显的频率效应。计算了八面角反射体的方向图,计算结果表明角反射器组合可以有效增大目标强度和散射宽度。     

浅海目标特性的动态模拟

基与亮点模型[1],本文推导了浅海多途环境中目标声散射回波传递函数的表达式,给出潜艇近场声散射回波随着海况、声源的相对速度、距离、方位角变化的动态模型.