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第5章 声波在目标上的反射和散射.ppt 106页
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当物体比波长大很多，且物体曲率半径较大，则划分菲涅尔带N很大，则相邻波带变化不大，面积也很接近。第i个波带产生的反射声波绝对值等于相邻两个波带散射波绝对值的平均值：水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.8Helmholtz积分方法求解散射声场2、菲涅尔半波带近似物体总散射声场为：总散射声场等于第一个和最后一个费涅尔半波带所产生的散射声场之和的一半。水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.8Helmholtz积分方法求解散射声场2、菲涅尔半波带近似当物体很大时，最后一个费涅尔带有：第一个费涅尔波带有：总散射波表达式简化为：水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.8Helmholtz积分方法求解散射声场2、菲涅尔半波带近似菲涅尔半波带近似方法将物体表面上积分简化为第一个菲涅尔带上的积分，大大简化了计算量。第一个菲涅尔带就是所谓的亮点。根据目标强度的定义，目标TS值为：根据上式可以推导出简单几何形状物体目标强度TS值计算公式。水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.8Helmholtz积分方法求解散射声场2、菲涅尔半波带近似声散射正问题：已知目标几何形状、组成材料力学参数和环境条件，求解目标散射声场，并分析其散射声场特性。声散射逆问题：测得目标散射声场的远场数据，通过这些数据反演物体的几何形状、组成材料的声速和密度等参数。——是声呐目标分类识别、无损检测、医学成像、地球探测等工程应用的物理基础；——主要研究内容：声散射逆问题分析方法和目标特征参数分析、提取。水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.9声散射逆问题简介水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.9声散射逆问题简介水声学第2章海洋的声学特性*THEEND1、什么是目标强度？请写出刚性球体（ka&&1）目标强度的表达式。2、潜艇目标散射强度随方位变化有哪些特点？请分析影响潜艇的目标强度值的因素有哪些？3、测量柱形目标的TS值时，发现TS值随测量距离而变，说明这种变化关系及其原因。4、在高频远场条件下，简单地用能量守恒关系推出半径为a的刚性球目标强度TS值表达式。水声学第5章声波在目标上的反射和散射*作业5．一般在实验室水池中测量水下目标目标强度方法有哪些？实验过程中应注意哪些事项？6．在非消声水池中测量目标回声信号时，应注意些什么？设目标强度TS0的目标在入射声波照射下产生的回声强度为Ir0，若其余条件不变，将目标强度未知目标替代原目标，测得回波强度为Ir，求该目标TS值。水声学第5章声波在目标上的反射和散射*作业7．简述实验测量水下物体目标强度（TS值）的“应答器法”，给出有关计算式，测量中应注意哪些问题才能保证测量的准确？若‘直接测量法’布置为：在开阔水域，点声源辐射器，无指向性接收器和被测物体依次排列，间距分别为R1，R2；（R2&&d2/λ；d：被测物体最大线度；λ：声波波长）。接收器接收的点声源辐射声压幅值为Pi，接收的被测物体散射声压幅值为Ps；问：被测物体的目标强度（TS值）如何计算？（声波球面扩展，不计海水声吸收）水声学第5章声波在目标上的反射和散射*作业8．已知水面船作匀速直线运动，船底的换能器以夹角向海底发射声波，频率为f0，收得海底回声信号的频率为fr，求该船的航行速度v。9．写出目标回声信号级表达式；目标回声信号是如何产生的，它有哪些特性，并简述其产生的原因？水声学第5章声波在目标上的反射和散射*作业10．比较弹性目标和刚性目标回波信号的异同，并说明形成差异的原因。11．在短脉冲入射时，如何判断壳体目标回波脉冲串中由壳面的镜面引起的回波脉冲？水声学第5章声波在目标上的反射和散射*作业考虑点声源置于S处，它距球心的距离为r0，空间任意点P处入射声场为：将球坐标系原点置于球心处，则：水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.6弹性物体散射声场及其特性1、平面波在弹性球体上的声散射水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.6弹性物体散射声场及其特性1、平面波在弹性球体上的声散射入射声波表达式为：在远场条件下，则有：沿x轴入射平面波球函数展开式水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.6弹性物体散射声场及其特性1、平面波在弹性球体上的声散射弹性球体散射声场表达式为：考虑收发合置情况下的回波：切向应力为零法向应力连续水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.6弹性物体散射声场及其特性1、平面波在弹性球体上的声散射远场条件下回波表达式为：弹性球体散射声场比刚性球体复杂，与球体组成材料的弹性参数有关。水声学第5章声波在目标上的反射和散射*5.6弹性物体散射声场及其特性1、平面波在弹性球体上的声散射上世纪60年代，Hickling引入形态函数来讨论散射声场与频率的关系，弹性球的形态函数定义为：散射声场为：水声学第5章声波在目标上的反
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声波在目标上的反射和散射要点分析.ppt 61页
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第5章声波在目标上的反射和散射第四章知识要点邻近海面的水下点源声场声压振幅随距离的变化特征（近场/远场）传播损失表面声道表面声道特征反转深度、临界声线、跨度的概念传播损失（近距离/远距离）深海声道深海声道特征声影区的概念传播损失（近距离/远距离）深海负梯度声线的特点与极限声线几何作用距离的概念深海负跃层概念对声传播的影响均匀浅海声场传播损失与距离的关系（近/中等/远距离）虚源表示的基本思想本章主要内容目标强度（重点）目标强度概念刚性大球的目标强度常见声纳目标的目标强度的一般特征（重点）潜艇的目标强度鱼雷和水雷的目标强度鱼的目标强度本章主要内容目标强度的实验测量（重点）比较法测量目标强度直接法测量目标强度应答器法实验室测量常见声纳目标的目标强度（了解）简单几何形状物体的目标强度（了解）本章主要内容目标回波（重点）回波信号的形成回波信号的一般特征刚性球体的散射声场（了解）刚性不动球体的声散射刚性不动微小球粒子对平面波的散射声波在弹性物体上的散射（了解）平面声波在弹性球体上的散射弹性物体散射声场的一般特征本章主要内容壳体目标上的回波信号（了解）稳态回波信号短脉冲入射时的回声信号用赫姆霍茨积分方法求解散射声场（了解）赫姆霍兹积分解菲涅尔半波带近似法水下目标含义军事目标：舰船、潜艇、鱼雷、水雷民用目标：鱼群礁石等无限延展非均匀体：深水散射层、海面、海底等反射体、散射体→回波信号→有规信号散射体→回波信号→统计信号（混响）研究声呐目标回波特性意义主动声呐目标检测和识别的依据对声呐设备的设计和应用有重要意义本章的主要内容目标强度参数定义常见声呐目标的目标强度值和特性刚性和弹性球体散射场特性目标回波壳体目标的回波信号求解散射声场的理论方法5.1目标强度目标强度TS：目标强度TS定量描述目标反射本领的大小。定义：5.1目标强度目标的声学中心：假想的点，可位于目标的外部或内部，回声由该点发出。收发分置：回声强度是入射波方向和回波方向的函数。收发合置：回声强度仅是入射波方向的函数，反向反射或反向散射。5.1目标强度刚性大球的目标强度①刚性不动球体：半径a，ka1，k为波数。②反射声线：局部平面镜反射定律。③球体刚性：声能不会透入球体内部。④理想反射体：声能无损失被反射。5.1目标强度入射声功率等于散射声功率：5.2常见声呐目标目标强度特征军事需要：探潜、反潜、水声对抗研究声纳目标（潜艇、鱼雷、水雷等）目标强度备受各海军强国重视；军事保密原因，公开发表的文献资料较少，且年代久远；我们仅对声纳目标目标强度作一般性讨论。潜艇的目标强度问题：潜艇不同方位的目标强度是否一样？5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度潜艇的目标强度与方位、频率、脉冲宽度、深度和距离有关。测试艇：柴油动力潜艇时间：二次大战前后。正横方向：12～40dB，平均值25dB5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随方位的变化潜艇目标强度与方位角关系曲线呈“蝴蝶形”图形。①测试频率：24kHz②A为战前、40次平均③B为战后、5次平均5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随方位的变化特点（A曲线）♀在艇的舷侧正横方向上，目标强度值最大，达25dB，系由艇壳的镜反射引起；♀在艇首和艇尾方向，目标强度最小，约10～15dB，系由艇壳和尾流的遮蔽效应引起；♀在艇首和艇尾20度附近，比相邻区域高出1～3dB，可能是由潜艇的舱室结构的内反射产生；♀在其它方向上呈圆形，系由潜艇的复杂结构以及附属物产生散射的多种叠加。5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随距离的变化近距离处潜艇目标强度测量值有可能小于远距离处的目标强度测量值：♀当使用指向性声呐在近处进行目标强度测量时，由于指向性的关系，声束不能照射到目标的全部，仅有部分表面对回声有贡献；♀某些几何形状比较复杂物体的回声随距离衰减的规律不同于点源声场。5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随距离的变化5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随脉冲宽度的变化设入射波脉冲长度为，若物体表面上A点和B点所产生回声在脉冲宽度内被同时接收到，则有：5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随脉冲宽度的变化5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随频率的变化二次大战期间，曾用12、24和60千赫的频率进行潜艇目标强度的测量，试图确定潜艇目标强度的频率响应，但测量结果表明：潜艇目标强度不存在明显的频率效应，如果有的话，也被实测值的不确定性（离散性）所掩盖。5.2常见声呐目标目标强度特征潜艇目标强度随深度的变化深度对目标强度值影响，不是影响了潜艇本身，而是深度变化会引起声传播变化。5.2常见声呐目标目标强度特征鱼雷和水雷目标强度形状：带平头或圆头的圆柱体尺度：长度1米至数米，直径0.3米至1米两者不同：鱼雷尾部安装有推进器；水雷雷体上安装有翼及凹
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