流體中彈性球殼聲散射研究.pdf

1、水下目標的探測和辨識需要對于目標散射的物理機制有更深入的了解。水下目標如水雷和潛艇由彈性體構成，彈性體會激發(fā)出彈性波成分，與剛性體散射有很大的區(qū)別。 形態(tài)函數是目標的固有屬性，對于目標的探測和辨識有重要意義。目前國內彈性球殼關于形態(tài)函數的研究主要集中在已知目標各種參數包括尺寸和聲參數的情況下求解形態(tài)函數。我們在實驗室或者海洋中水聽器接收的為散射信號時間序列，時間序列能不能用來計算目標的形態(tài)函數?本文驗證了從散射信號時間序列中提取

2、形態(tài)函數的可行性。 為了要提取形態(tài)函數，首先要分清散射信號時間序列的各種成分。彈性球殼的解析理論主要有共振散射理論和Sommerfeld-Waston變換，本文中共振散射理論對彈性厚球殼進行解析計算，同時MIT開發(fā)的Scatt&OASES3D數值模型計算彈性厚球殼的散射信號時間序列。彈性球殼散射信號中包含著鏡反射波和各種彈性成分，它們因為傳播路徑的不同，造成了時間上的間隔，解析理論計算的結果和數值模擬結果的時間間隔進行比較，兩者

3、吻合得很好，散射信號的結構成分就可以分清。 共振散射分為背景項和共振項，背景項和共振項分別對應鏡反射成分和彈性成分，鏡反射成分和彈性成分在時間上的間隔，鏡反射成分經過校準可以作為入射聲場，形態(tài)函數就可以計算得到。這種方法應用在文中數值模擬得到的散射信號時間序列上，計算得到了形態(tài)函數，同時也能得到形態(tài)函數的共振項。形態(tài)函數與共振散射理論解析計算得到的形態(tài)函數進行比較，兩者吻合得比較好，在共振頻率處前者得到的形態(tài)函數要高于由后者得到

4、的形態(tài)函數，這是因為在共振頻率處能量耦合進入彈性球殼較多。因為聲波在波導傳播過程中會有畸變，這樣入射聲場就難以確定，本文中所述的在入射聲場未知的情況下從散射信號時間序列中提取形態(tài)函數的方法就表現出了優(yōu)越性。 群速度的估算是一個相對獨立的問題，用Wigner-ville分布對彈性厚球殼的散射信號時間序列進行時頻分析，同時暴露出頻散現象和時間延遲現象。Wigner-ville分布的一階矩等于群延遲，用已知的傳播路徑和兩個波包的群延遲

5、之差，就可以求解表面環(huán)繞波在彈性球殼內傳播的群速度，求解得到的群速度與共振散射理論計算得到的群速度吻合。群速度與目標材料有著很大的關系，這就為辨識目標有很大的幫助。 薄球殼的散射與厚球殼的散射有很大不同，有明顯的中頻率加強現象。通過對中頻率加強現象的統(tǒng)計，得出了外半徑a和厚度h是以加強最強的角頻率ωp和回波延遲Δt為變量的關系式。數值模型模擬得到時間序列之后，可以讀取回波延遲，通過前面所講的從時間序列中提取形態(tài)函數的辦法得到加強