水下掩埋目标的散射声场计算与实验

水下掩埋目标声散射问题是识别和探测掩埋目标的理论基础,是声散射研究领域的热点问题.本文基于射线声学推导了掩埋情况下目标声散射计算的格林函数近似式,并在此基础上进一步给出了相应的远场积分公式.在有限元方法的基础上,将推导得到的公式写入有限元仿真软件,对软件功能进行拓展,构建二维轴对称目标的声散射模型,并计算掩埋情况下弹性实心球在不同条件下的目标强度,获得了其散射声场随频率、掩埋深度、沙层吸收系数等参数的变化规律.开展实心球的自由空间和浅掩埋条件下水池声散射实验,利用共振隔离技术处理实验数据,提取目标声散射的纯弹性共振特征进行分析,结果表明可将其用于掩埋目标识别和探测.最后利用总散射声场与理论计算结果进行对比,验证了理论仿真的正确性.

带障板水听器基阵阵列流形的边界元计算及验证

建立一种复杂结构水听器基阵阵列流形计算模型。该模型运用声场计算的边界元方法,通过计算任意散射体表面声场分布,求出基阵阵元位置处声场响应,进而得到基阵阵列流形;基于该阵列流形,运用波束设计方法求出阵元权值,分别利用实测和理论阵列流形得到基阵实测波束以及理论波束。针对安装在半球形硬质铝壳体上的圆弧阵进行的水池实验,实验结果表明实测阵列流形和基于边界元方法的计算结果基本吻合,实测波束和理论波束相差不大,并且性能均优于按无指向性点接收器经相位补偿后相加所得到的波束。

水听器基阵障板影响和阵列流形的边界元计算及实验验证

在考虑障板对水听器基阵影响的基础上,提出阵列流形获取的新方法,即阵列流形的边界元计算方法.首先将基阵障板视为一个散射体,然后通过计算散射体表面声场分布,求出基阵阵元位置处的声场响应,最后得到整个基阵的阵列流形.该方法可以获得与实验测量相吻合的阵列流形,避免了理想阵列模型失配的问题.对安装在半球形障板上的14元圆弧阵进行了仿真计算,并在消声水池进行了实验验证.仿真计算与实验结果表明,由于障板对水听器基阵的影响,阵元具有很强的指向性,导致理想阵列流形与实测阵列流形差异很大,利用本文方法可以获得与实测值相吻合的阵列流形.