基于基尔霍夫近似模型的南海大黄鱼声学目标强度研究

渔业声学是评估鱼类丰度和分布的重要方法,而大黄鱼(Larimichthys crocea)的声学评估常受限于目标强度(Target strength,TS)数据不足。基于此,利用基尔霍夫近似模型(Kirchhoff approximation model)对南海地区养殖大黄鱼的目标强度进行了测定和计算,并探究了其姿态倾角、体长(L)及声波频率等因素与目标强度的关系,旨在补充大黄鱼的目标强度数据,为南海渔业资源的声学评估提供科学参考。结果表明,在38、70、120和200 kHz频率下,大黄鱼的目标强度与体长间的拟合关系分别为TS=20lgL-74.12、TS=20lgL-74.34、TS=20lgL-71.98和TS=20lgL-70.01。在相同频率下,大黄鱼的目标强度随体长的增加而增大,并且在姿态倾角介于-20°~-10°和10°~20°时表现出较高的目标强度,这与其体鳔夹角、运动姿态和生活习性相符。当频率超过70 kHz时,大黄鱼的目标强度随频率的上升而增加,但非线性关系。

二维带限分形粗糙面电磁散射的基尔霍夫近似

本文采用二维归一化带限Weierstrass分形函数来模拟二维分形粗糙面 ,主要利用基尔霍夫近似研究了该粗糙面的电磁散射 ,给出了散射场、平均散射强度系数和散射强度方差的计算公式 ,通过理论分析和数值计算讨论了散射场与分维及粗糙面其他有关参量间的关系 .

基尔霍夫近似下激光海面漫反射组网通信特性

针对激光点对点通信方式的不足,根据舰艇编队通信的实际需要,提出了利用海面作为激光漫反射媒介的一对多的组网通信方法,并且采用基尔霍夫近似的方法对激光海面漫反射通信的特性进行了研究。通过对激光光束入射海面后产生的散射场的分析计算,采用遮蔽函数对计算过程中的阴影效应加以修正,得出了较为准确的2维激光海面双站散射系数和后向散射系数,并进行了实验验证,说明了激光海面漫反射组网通信方法的可行性。

分形海面电磁散射特性的基尔霍夫近似

利用二维Weierstrass带限函数模拟了粗糙海面的形状,讨论了风速、粗糙度等参量对海面形状的影响;针对模拟的分形海面形状,从亥姆霍兹(Helmholtz)积分出发,利用基尔霍夫近似推导了二维分形海面的电磁散射系数,并进行了数值模拟,同时对数值模拟结果进行了分析,讨论了海面形状对电磁散射的影响,所得结论可用于目标探测技术的研究。

基尔霍夫近似下高斯粗糙面透射波散射系数的特征研究

根据基尔霍夫标量近似法给出了高斯粗糙面透射波的散射系数,通过数值计算获得了HH,VH,VV,HV不同极化状态透射波的散射系数随散射角、方位角及入射波频率变化的曲线,讨论了介电常数、粗糙面参数和入射波频率对不同极化状态透射波散射系数的影响,得到了高斯粗糙面透射波散射系数的特征。

粗糙面后向散射的基尔霍夫标量近似法研究

实际的粗糙面由高斯型粗糙来模拟,结合高斯型粗糙面的相关系数,依据基尔霍夫标量近似法给出了高斯型粗糙面后向散射系数表达式,通过数值计算得到了后向散射系数随入射角及入射波波长的变化曲线,分析了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、介质介电常数、入射波波长对后向散射系数的影响,得到了较完整的高斯粗糙面后向散射特征.

基尔霍夫近似下高斯粗糙面的电磁散射研究

运用经典的基尔霍夫近似研究了高斯粗糙面的电磁散射。根据基尔霍夫近似理论,得到了单站情形下,不同极化状态、不同介电常数、不同粗糙面情况的后向散射截面,得到了后向散射截面随以上参数及入射角的变化而变化的数值结果,分析了结果的物理意义;同时也得到了双站情形下,不同极化状态、不同介电常数、不同入射角、不同方位角的散射截面,得到了散射截面随以上参数的变化而变化的数值结果,分析了结果的物理意义。

基于基尔霍夫驻留相位近似法的深粗糙度高斯型粗糙面光散射

推导了基尔霍夫驻留相位近似法理论的计算公式。基于基尔霍夫驻留相位近似法研究了平面波入射深粗糙度高斯型粗糙面的光散射,综合高斯型粗糙面的自相关函数给出了不同极化状态下散射系数的数学表达式。由数值计算获得了不同散射角、散射方位角及入射波波长的双站和单站散射系数,讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、介质介电常数和入射波波长对散射系数的影响,获得了高斯型粗糙面光散射系数的特征。研究结果表明:粗糙面高度起伏均方根、相关长度、介质介电常数、入射波波长对高斯型粗糙面光散射系数的影响较复杂。

浅海波导中目标散射的简正波-Kirchhoff近似混合方法

提出了计算浅海波导中复杂目标散射的数值方法:简正波Kirchhoff近似混合方法。通过把目标散射的Kirchhoff近似方法和简正波声传播模型相结合,可对大尺寸复杂目标在浅海波导中的散射声场进行计算。以浅海波导中刚性球体散射的解析解为标准解验证了本方法,说明简正波Kirchhoff近似混合方法是有一定计算精度的工程预报方法。数值计算Pekeris浅海波导中球体目标散射声场在深度频率平面和距离频率平面上的二维干涉结构及其与自由空间中的差异。进而通过FFT获得目标时域回波随深度的分布图,分析浅海波导中目标姿态、声速剖面对Benchmark潜艇目标散射的影响。

高斯粗糙面透射波散射系数的基尔霍夫驻留相位法

采用高斯粗糙面来模拟实际粗糙面,根据基尔霍夫驻留相位近似法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合高斯粗糙面的自相关函数导出了不同极化状态下高斯粗糙面透射波散射系数计算公式。通过数值计算得到了不同极化状态下高斯粗糙面透射系数随散射角、散射方位角及入射波频率变化的曲线,讨论了粗糙面参数和入射波频率对不同极化状态透射系数的影响,得出了高斯粗糙面透射系数的基本特征和随频率变化的特征。结果表明粗糙面高度起伏均方根和相关长度对高斯粗糙面透射系数有显著影响,而入射波频率则对其无影响。

基于Kirchhoff近似法的目标声散射场仿真

对经典的Kirchhoff公式作一定的假设,得到收发合置情况下的近似Kirchhoff公式,进一步对球体目标声散射场进行求解。在MATLAB平台下,仿真出目标声散射场的相关曲线,并对声散射场与作用距离和入射波频率的关系进行了对比分析。应用表明,结论对于水下掩埋目标探测与识别的研究具有一定实用价值。

用改进的Kirchhoff近似方法对非均匀介质中缺陷形状重构

近年来关于波在非均匀介质中传播特性方面的研究引起了各领域专家、学者的广泛关注。本文首先导出了非均匀介质中散射体散射截面??P?的表达式,对含不相关散射体及含相关散射体的非均匀介质中的Kramers-Kronig关系的相值进行量化,并且以变化的频率为桥梁,引入相速度构造非均匀介质中的二维Kirchhoff近似公式,最后通过实验的方法获取数据应用此公式对非均匀介质中的缺陷形状进行重构,重构的结果反映了理论公式的可行性。

随机起伏冰面三维声散射的Kirchhoff近似数值计算模型

针对随机起伏冰面的声散射问题,建立了随机起伏冰面三维声散射的Kirchhoff近似数值计算模型。利用Delaunay三角剖分方法对随机起伏冰面进行三角面元剖分,然后采用Z-buffer算法进行面元的遮挡消隐,得到处于声波照射亮区的面元,最后采用Gordon面元积分的板块元方法计算得到随机起伏冰面的散射强度。数值计算模型中,将冰面认为是局部阻抗表面,直接代入起伏冰面局部反射系数进行散射声场的计算,避免了解析计算模型中对反射系数的近似处理。对比分析了数值和解析计算模型在小粗糙起伏冰面、大粗糙起伏冰面及不同声波入射角和不同声波频率时的散射强度。相比解析模型计算结果,数值模型计算结果与实测结果更吻合。

修正反射系数的Kirchhoff近似方法计算高斯起伏冰面三维声散射

针对随机起伏冰面的声散射计算问题,利用修正反射系数的Kirchhoff近似方法计算了高斯起伏冰面的三维声散射。在计算模型中引入了冰面局部统计平均反射系数的概念,将二维高斯起伏冰面的散射分为相干散射和非相干散射,分别得到两类散射成分的散射系数公式,计算了高斯起伏冰面三维声散射的散射强度。分析了散射强度与随机起伏冰面的均方根高度、声波入射角度及频率的关系。通过实验室水池中高斯起伏冰面的散射强度测量实验,对理论模型的计算结果进行了验证。将实验结果分别与采用冰面局部统计平均反射系数的模型计算结果和文献中采用平整冰面镜反射系数的模型计算结果进行了对比,采用冰面局部统计平均反射系数的模型计算结果与实验测量值吻合较好。

高斯粗糙面电磁散射的基尔霍夫驻留相位法研究

采用高斯粗糙面来模拟实际粗糙面,根据基尔霍夫驻留相位近似法研究了粗糙面的电磁散射,结合高斯粗糙面的自相关函数导出了高斯粗糙面后向散射系数和不同极化状态双站散射系数计算公式.通过数值计算得到了后向散射系数随入射角变化的曲线和不同极化状态双站散射系数随散射角、散射方位角及入射波频率变化的曲线,讨论了介质介电常数、粗糙面参数对后向散射系数和双站散射系数的影响、入射波频率对双站散射系数的影响,得出了高斯粗糙面散射系数的基本特征.结果表明介质介电常数和粗糙面参数对高斯粗糙面后向散射系数和双站散射系数有明显影响且非常复杂,而入射波频率则对双站散射系数无影响.

基于Kirchhoff近似的海底地声回波仿真

海底地声信号的仿真研究是声呐回波信号研究的一个重要方向,在声呐设备性能检测、海底底质分类研究方面具有重要的价值。借助基于Kirchhoff近似的海底回波模型,比较研究了沉积物类型、海底界面起伏以及声波频率对声波散射强度的影响。并且对于长江口附近海域的几种典型海底底质类型,通过Matlab仿真出了相应的海底回波信号。

基于Kirchhoff近似与曲面三角形网格的水下目标声散射特性分析

针对水下复杂目标回波特性快速预报问题,采用Kirchhoff近似和曲面三角形网格建立目标声散射特性分析模型。将目标表面离散为曲面三角形网格,采用高斯-勒让德求积方法直接计算亮区内曲面元上的散射声场并求和,得到目标的总散射声场。计算刚性球、椭圆柱、球冠柱和Benchmark缩比模型4种典型目标的目标强度,与采用平面三角形单元的板块元方法及实验测试等结果对比,验证曲面元方法的可靠性。数值算例结果表明,该方法具有良好的精度与计算效率。

菲涅耳半波带法的基尔霍夫理论

对于菲涅耳圆孔衍射光强分布的定量计算是比较困难的,目前国内外教材只限于用菲涅耳半波带法讨论轴线上明暗点的分布规律。吕洪君用菲涅耳积分粗略地说明轴线上明暗点的分布,但与半波带法的结果不完全符合,他没有考虑光强位置对衍射的影响。本文在普遍情况下,进一步从基尔霍夫衍射理论出发,在一定的近似条件下得到与半波带法完全相同的结果。

粗糙面电磁散射的小斜率近似方法研究

采用小斜率近似方法研究了粗糙面的电磁散射问题,给出了小斜率近似下散射截面的级数展开,得到了满足高斯谱分布的导体粗糙面一阶,二阶,三阶小斜率近似双站散射截面结果.同时将小斜率近似与考虑遮蔽效应的基尔霍夫近似和有关实验测量结果作了比较.数值结果表明小斜率近似在整个入射角范围内较为准确,在散射角较大时与实际测量结果也较为吻合.

功能梯度矩形板的近似理论与解析解

提出了压电功能梯度矩形板在竖向载荷作用下的近似理论与解析解.引入了板理论的Kirchhoff假设、Reissner-Mindlin假设和提出的补充假设,并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板在周边简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier级数表示的电势解.该解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷.计算结果与ANSYS软件用三维实体单元的有限元计算结果进行了比较,证实了该方法即使在厚板情况下仍然具有很高的精度.