雨致噪聲源水下目標類光聲成像方法研究.pdf

1、在聲探測問題中，聲成像可以得到直觀的結(jié)果。聲成像的方式主要有三種，主動成像、被動成像和利用環(huán)境噪聲成像。主動成像可以得到較為精確的目標形狀和位置信息。被動成像可以進行噪聲源定位。而利用環(huán)境噪聲對目標成像則具有隱蔽性好，可以探測安靜目標等優(yōu)點。本文對利用環(huán)境噪聲成像的幾個主要物理過程進行了研究，主要包含以下內(nèi)容：
　　1．雨噪聲的研究
　　在研究環(huán)境噪聲時，通過幾種海洋環(huán)境噪聲模型的對比與實用性分析，認為噪聲源是分布在海面的偶

2、極子，并且滿足射線傳播模型。雨噪聲具有偶極子方向性，并且頻譜分布與海洋環(huán)境噪聲有相似之處，而雨噪聲與水滴噪聲的關(guān)系是密不可分的。因此本文通過分析水滴聲信號來研究雨噪聲的形成機理及特性。
　　對水滴聲信號進行了詳細的統(tǒng)計與分析，得到了初始沖擊聲與非初始沖擊聲的幅值分布，波形類型分布，以及各種波形的頻譜。對非初始沖擊聲出現(xiàn)的時間和次數(shù)也進行了詳細統(tǒng)計。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行水滴聲信號的仿真。通過與實際多水滴聲信號的波形和頻譜對比，表明了仿真

3、聲信號的有效性。
　　2．散射聲場計算
　　文中詳細論述了幾種散射算法的原理與計算過程。散射聲場的解析解中計算了球面波聲場中球形目標的散射聲場，并據(jù)此給出了表面分布聲源下剛性球的散射聲場。利用波疊加法進行了散射聲場計算，給出了詳細的求解過程，包括球面波中球形目標聲場，平行平面波中柱形目標聲場，并與解析解對比，對比結(jié)果證明了波疊加法的精確性與有效性。得出了縮進率和虛擬源點數(shù)會影響波疊加法精度這一結(jié)論。根據(jù)柯西霍夫近似對剛性球和

4、柱體的散射場進行了計算，計算中用到了最陡下降法。結(jié)果包括收發(fā)合置與分置兩種情況。計算了光滑曲面收發(fā)分置的聲場結(jié)果。根據(jù)計算結(jié)果，將收發(fā)合置信號亮點模型拓展至分置目標，并利用柱的散射實驗驗證了這一理論。
　　3．聲成像系統(tǒng)設(shè)計與仿真計算
　　根據(jù)類光聲成像原理對成像系統(tǒng)進行設(shè)計，依據(jù)性能指標對系統(tǒng)各項參數(shù)進行了計算。推導了點源與平行光下反射器近焦點區(qū)域聲場，得到成像公式。根據(jù)公式分析了實驗用系統(tǒng)性能，包括x-y平面和x-z平面

5、上的強度分布。分析了不同頻率點聲源成像差別。對聲源偏離光軸的情況進行成像?？紤]了對多點源的分辨能力。頻率較低時，對系統(tǒng)等比例放大后可得到較高分辨力。利用光學近似對球形目標與板形目標分別進行了成像仿真。根據(jù)波疊加法將目標球散射場等效成多點源輻射場，結(jié)合點源成像公式，對目標球進行成像仿真。改進了成像面，用球面代替平面，增加了離軸目標在成像面上的可見性，減少了離軸畸變。
　　4．聲成像實驗實施
　　利用旋轉(zhuǎn)十字陣代替面陣，放置于反