敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性研究

研究敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性具有重要的意义。首先通过建模软件构建目标模型，然后利用分层近似法，结合多层介质的传递矩阵方法，将含有变截面空腔的吸声覆盖层分为多个可视为圆柱空腔结构的薄层，进而实现复合结构的声反射系数的求解，最后利用基于戈登(Gordon)积分的板块元方法对目标强度进行预报，并针对复杂目标提出基于光线投射的可见面元判别方法。在此基础上，以BeTSSi Ⅱ标准模型为例，研究敷设空腔覆盖层的水下复杂目标的声散射方位特性和频率特性。结果表明：文中提出的基于光线投射的可见面元判别方法可以快速有效地提供板块元方法所需的可见面元；板块元方法对BeTSSi Ⅱ标准模型的预报结果可以很好地反映其目标强度的特征及其变化规律；模型敷设空腔覆盖层可以有效降低目标强度，与敷设等厚均匀覆盖层时相比，复合结构声反射系数曲线的第一谷值频率降低，在频率较低时敷设空腔覆盖层的吸声效果更好，可以进一步减小目标强度。该研究有助于实际工程中实现对水下平台散射特性的快速预报。     

求解水下非圆弹性环声散射问题的一种半解析方法

基于传递矩阵法、齐次扩容精细积分法和复数矢径虚拟边界谱方法 ,提出了一种求解水下非圆弹性环声散射问题的半解析方法。该方法具有以下几个优点 :(1)采用复数矢径虚拟边界谱方法 ,不仅能保证在全波数域内Helmholtz外问题解的唯一性 ,而且由于虚拟源强密度函数采用 Fourier级数展开 ,克服了用单元离散解法不能用于较高频率范围的缺点 ;(2 )采用齐次扩容精细积分法求解非圆弹性环的状态微分方程 ,其计算结果具有很高的精度 ;(3)耦合方程不需要交错迭代求解 ,提高了计算效率。文中给出了两个典型非圆弹性环在平面声波激励下的声散射算例 ,计算结果表明本文方法是一种求解二维非圆弹性环声散射问题非常有效的半解析法。     

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。     

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。     

弹性球壳声散射对矢量水听器测向影响研究

以平面波在弹性球壳上声散射理论为基础,建立了弹性球壳近场声散射对矢量水听器目标定向性能影响计算模型,分析了入射声波信号频率、入射角度以及矢量水听器安装位置对目标定向的影响。计算和理论分析结果表明．弹性球壳声散射对矢量水听器测向性能的影响与壳体散射特性和水听器安装位置密切相关,在低频和高频段测向误差相对比较小,而在中频段则测向误差比较大,可通过选择工作频段,或者采用声学处理,降低壳体声散射强度,减小对矢量水听器测向性能的影响。研究结果为矢量水听器工程应用奠定了理论基础。     

球形壳体障板声散射近场矢量特性

为了实现矢量水听器在水面或水下载体上的工程应用,研究了球形壳体障板声散射近场矢量特性。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了球形壳体障板声散射的声压和质点振速表达式,给出相应的声强表达式。数值计算了球形壳体障板声散射的近场特性,重点关注其近场矢量特性。理论分析和数值计算结果表明,由于球形壳体障板的散射作用,声压场和质点振速场表现为复杂的干涉结构;质点振速方向和声源方位不一致;声压和质点振速不再同相;声强方向也不再反映声源方位。本文结果为矢量水听器在球形载体和球形障板条件下的工程应用提供理论依据。     

非均匀软组织声散射模型的研究概况

本文综述了非均匀软组织声散射模型的研究概况及其在超声组织定征中的应用。将声散射模型进行了系统的分类介绍。并对在建立软组织声散射模型中存在的问题以及研究声散射模型的重要意义进行了分析和讨论。     

用时域有限差分法计算透声目标的散射场

在透声界面附近运用声学基本方程可导出边界条件的时域有限差分（ＦＤＴＤ）表达式。本文用ＦＤＴＤ计算透声物体的反射、透射和散射，并讨论全内反射和完全透射现象，所得到的结果与理论解相符合，从而验证了这一边界条件差分表达式的适用性。基于此边界条件的ＦＤＴＤ基本框架可望在解决各种非弹性体的散射问题中有广泛的应用。本文还给出一个有效的吸收边界条件     

弹性球壳声散射对矢量传感器测向精度的影响

由无指向性的声压传感器和具有偶极子指向性的振速传感器组成的矢量传感器,被应用于水声技术的各个领域;在实际应用过程中,常常把矢量传感器固定在某个水下平台上,而平台产生的散射场会使矢量传感器的接收声场发生畸变,进而影响其测量结果。本文以实际应用为背景,建立了弹性球壳障板的声散射场对矢量传感器测向性能影响的模型,并通过仿真分析了不同入射频率、不同观察距离、不同球壳厚度和半径条件下障板对矢量传感器测向精度的影响,研究结果为矢量传感器在水声测量中的应用提供理论支撑。     

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。     

宽吻海豚声散射特性研究

基于COMSOL多物理场仿真平台构建宽吻海豚3D模型，利用有限元数值方法计算在频率为1～5 kHz的调频信号照射条件下，海豚收发合置散射指向特性。结果表明：（1）由海豚模型0°～360°全向目标强度概率分布可知，其目标强度主要分布在-36.4～-11.2 dB;（2）肺部模型和海豚模型的频率响应特性具有较高的相似性，肺部是海豚总体声散射的主要贡献；（3）海豚频率响应在1.2、1.9、2.9、3.7 kHz附近，在4.3 kHz和4.8 kHz频率处出现较窄的共振模态谷值，验证生物组织介质中存在Whispering-Gallery波；（4）当频率为5 kHz时，海豚（肌体+肺部）的目标强度指向分布呈现“蝶形”，正横方向目标强度为-22.3 dB，头部方向目标强度为-34.2 dB，尾部目标强度为-34.3 dB。通过缩比海豚模型的水池回声测试实验，验证了数值计算的正确性。     

某小型潜航器的声散射特性研究

运用目标回声强度预报的板块元方法,研究某小型潜航器的水下回声特性.计算并分析了入射波频率和方位对其声散射特性的影响规律;利用板块元法得到的散射特性,根据频域间接法仿真出水下声成像结果;完成外场试验,将试验结果与计算结果进行对比,吻合较好.研究表明潜航器中的桅杆结构对其散射有较明显影响.     

非均匀弹簧界面模型下柱形夹杂物对弹性波的散射

利用波函数展开法研究了非均匀弹簧界面模型(弹簧系数沿周向非均匀分布)下单个柱形夹杂物对弹性波的散射问题。在弹簧界面模型中,当弹簧系数沿周向分布均匀时,可利用波函数的正交性简化边界条件;当弹簧系数沿周向分布不均匀时,不能利用波函数的正交性简化边界条件。该文研究了这一问题,通过沿周向的离散化将弹性波散射的边界条件归结为一个超定线性代数方程组。针对Ge-Al纤维增强复合材料数值计算了散射截面和远场散射幅。特别地,通过适当选取弹簧常数的周向分布处理了含裂纹界面的弹性波散射问题,数值计算了裂纹张开位移和错开位移。     

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。     

基于多波束系统的水下目标近程回波亮点声图像

模拟多波束系统,仿真得到了水下目标的二维回波亮点声图像。先采用小分置角双基地目标回波特性计算的近场板块元方法,计算得到水下目标的传递函数。再根据多波束系统的理论,建立了水下目标回波亮点二维声图像的基本框架,实现了水下目标回波亮点二维声图像仿真。最后得到了水下目标不同方位角情况下近程二维回波亮点的声图像。     

弹性支撑条件下一维声子晶体结构振动特性研究

为了开展弹性支撑环境下一维声子晶体结构弯曲波振动特性的研究,采用回传射线矩阵法对其频率响应函数曲线进行计算,并开展相应的参数化研究.通过与有限元法比较可以发现,二者的吻合程度较好,证明该计算方法的正确性.为了进一步分析几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体振动特性的影响规律,对不同情况下带隙的起始频率、...     

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。     

基于目标能量特性的被动声引信

介绍了一种基于目标能量特性的被动声引信.通过分析目标经过声引信时的能量变化信息,得到一种寻求最佳起爆时刻的方法.试验结果表明,利用接收声源级的差值判断目标是否最近距离通过,从而决定是否输出起爆信号,这种方法可以寻求到最佳起爆时刻,为被动声引信的应用提供了重要的依据.     

基于稀疏非负矩阵分解的低空声目标识别

借鉴人耳听觉原理和特征学习的优势,提出了梅尔(Mel)频率谱提取和稀疏非负矩阵分解相结合的方法用于低空飞行目标声信号识别。首先,以不同目标的Mel频率谱为特征矩阵,利用稀疏非负矩阵分解方法学习得到各自的模板矩阵;然后,利用按列合并后的模板矩阵对训练/测试样本进行特征分解获得编码系数,该系数可作为分类特征;最后,结合不同目标的特点,采用分频段特征提取和顺序二类分类的方法进行多目标分类,并与Mel频率倒谱系数进行性能比较。结果显示,无论在单类目标辨识还是在多类目标分类中,稀疏非负矩阵分解方法均取得了更好的效果。