高散射强度低频散射体的研究
当前探测潜艇的主要手段之一是主动声呐探测.为了保证潜艇的隐蔽,布放干扰散射体以干扰主动声呐工作是一种有效的手段.为增加探测的距离并减少干扰,目前主动声呐的工作频段主要在数百到数千赫兹内.在如此低频条件下,常规尺寸与材质的物体的散射强度非常低,与大尺寸的潜艇的散射强度差距很大,无法形成对主动声呐有效的干扰.本文基于水中气泡在低频条件下共振的原理,分析了空气柱体在水中的散射特性,指出其在低频条件下具有较高的散射强度.本文同时分析了多个空气柱体存在时其散射声场的分布与散射强度的变化规律,并研究了充气柱体表面材质对其散射强度的影响.最后,本文对充气柱体及其阵列的散射强度进行了测量,证明了其在低频条件下具有较高的散射强度.论文第二章首先利用边界条件推导了无限长刚性及空气柱体的散射声场级数解,并对比了两种柱体的反向散射强度曲线,证明了空气柱体在低频条件下存在共振峰,且其散射强度远高于刚性柱体.接下来本章将无限长柱体散射声场级数解修正为了有限长柱体,并计算了其反向散射强度,同时提出了一种估算有限长柱体散射强度的高通模型.在第二章最后本文研究了气泡共振的原理,并采用Kirchoff积分方法推导了球状与椭球状气泡的共振频率.论文第三章研究了多个柱体存在时的散射声场分布.本章同样基于边界条件,利用第一类Hankel函数的坐标变换公式,构建了任意分布平行柱体的散射声场系数矩阵,通过求解线性方程组,得到了柱体阵列的散射声场分别,为分析其散射强度提供了理论基础.论文第四章对理论分析中的柱体进行了建模,采用的软件是LMS Virtual Lab12.首先构建刚性柱体模型验证有限元算法的正确性.随后建立了空气柱体阵列有限元模型,对其在平面波入射下的散射强度进行了仿真计算.最后本章研究了不同表面材料对柱体散射强度的影响,建立了包含表面材料特性的充气柱体模型.论文第五章对充气柱体的散射强度进行了实际测量.实验中充气柱体内径为9mm,外径为12mm.本章中首先介绍了实验原理及仪器,详细阐述了实验过程.随后使用Matlab软件对实验的三个阶段的数据进行了处理与分析,并重点分析了实验中存在的误差因素.实验最终结果证明充气柱体在低频条件下具有较高的散射强度,且由多个柱体构成的充气柱体阵列的散射强度更高,由8根0.5米长柱体构成的直线阵列的最大反向散射强度为0.45d B,符合理论预期.
- 作者：
- 张德泽
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 水声工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 李颂文
- 中图分类号：
- U666.7
- 关键词：
- 低频；高散射强度；充气柱体；阵列散射
- Low-frequency； High scattering strength； gas-filled cylinders； Multiple objects scatter