小斜率近似方法分析粗糙界面声散射问题

利用小斜率近似方法计算了起伏海面的声散射特性,得到了具有高斯分布粗糙海面的平均反射系数（即镜反射系数）计算公式,并与微扰法和Kirchhoff近似做了比较,结果表明小斜率近似是一种非常有效的分析起伏表面散射特性的近似方法。最后讨论了海面镜反射系数随海面的不平整度（波浪的均方根高度）、声波频率和声波入射方向的变化关系,得出了只有在声波波长和起伏波浪高度可比拟时,才有明显的镜反射的结论。这为分析浅海目标声散射特性时,选择是否需要考虑海面（海底）所引起的多途效应提供了理论依据。  

随机起伏界面声散射的实验与理论研究

进行了二维粗糙海面声波散射特性的水池实验,测量了不同入射角、散射角以及方位角条件下所对应的散射强度。实验通过不同位置风扇对水面的吹拂获得粗糙水面,分别对水平面上互相垂直的两个方向上的水面波高变化进行了测量,利用周期图法估计出这两个方向上的空间功率谱,验证了实验中的粗糙水面是各向同性的。利用改进的空间域处理技术去除了总声波信号中的直达波和其他固定位置散射体的散射信号,获得了粗糙水面的声波散射信号。利用小斜率近似方法计算了二维粗糙海面的声散射特性。实验与模拟计算结果比较,证实了计算二维粗糙海面声波散射特性的小斜率近似方法的有效性与准确性,相互印证了实验与理论。  

双基地海底散射建模与仿真分析

海底的声散射是产生浅海混响的主要原因之一。采用小斜率近似方法研究了粗糙液-液分界面的海底散射问题,通过一个统一的方法实现微扰近似和Kirchhoff近似的无缝衔接且不受表面高度均方根条件限制。类比APL-UW模型,利用最低阶小斜率近似求解粗糙海底界面散射截面,并结合Jackson等人的海底沉积层体积散射截面表达式,建立了一个计算双基地海底散射强度的＂小斜率-体积＂模型。针对几种典型的海底类型进行了数值仿真与性能分析,并将数值预报结果与APL-UW模型进行了对比。结果表明,小斜率-体积模型在整个角度范围内较为准确,并且与APL-UW模型的预报结果吻合程度较高,两者散射强度差值小于2 dB。