鳀鱼(Engraulis japonicus)目标强度的模型法研究

采用声散射理论和目标强度近似模型评估法对黄海鲤鱼（Engraulis japonicus）的声散射特征和目标强度进行了数值计算与评估研究。散射模型由鱼鳔模型和鱼体模型两个部分构成,其中鱼鳔采用充满气体的椭球体模型,鳔除外的鱼体采用充满液体的椭球体模型。理论数值计算所需参数取自全长12．6cm的鲤鱼个体,其鱼鳔尺寸利用X光照片测得。平均目标强度利用模型算得的不同角度下的声散射强度与鲲鱼倾角分布函数的卷积计算,其中倾角（度）的分布函数设为N（-3．9,12．8^2）。结果显示,鲲鱼对声波的散射具有明显指向性;在38kHz和120kHz工作频率下,鲲鱼的最大背向目标强度分别为-41．2dB和-39．5dB,有效平均目标强度分别为-48．0dB和-51．5dB,与实测结果吻合较好。另外还对鲲鱼的反向散射指向性特征、目标强度的频率特征以及鱼鳔对鲲鱼整体目标强度的贡献等进行了分析与讨论。以上研究表明,模型法作为现场测定研究方法的重要补充和认知鱼类声学散射特性的有效途径,可在我国鱼类目标强度的研究中发挥重要作用。     

收发分置水下目标声散射特性的实验研究

本文对收发分置情况下,某潜艇模型的声散射特性进行了理论分析和实验研究。在声源、目标和接收机之间呈复杂的三角形关系条件下,找到了目标强度与入射角、分置角之间的关系。通过理论计算和水地测试,验证了理论的正确性。该研究成果可直接应用于收发分置的双基地或多基地水声探测系统。     

采用M序列相关法测量材料界面的声散射特性

用Ｍ序列进行材料方向性声散特性的测量,其基本思路是以伪随机Ｍ序列作为测试信号利用相关的方法测得系统的脉冲响应,根据直达声和各次反射声到达时间加以相应的窗隔离出散射脉冲信号,再进行方向性对比。本文介绍了测量的基本原理和应注意的问题,并给出了一个具体的测量系统实验典型。     

海豚声散射特性的理论建模及实验研究

国内对蛙人和大型海洋哺乳动物声散射特性的研究很少,无法满足现代的防御需要。论文分析了海豚的回波机理,建立了海豚反向散射目标强度的球壳散射模型。采用比较法测得海豚对75kHz的声波反向散射目标强度为-25.8dB。根据实验结果,球壳散射模型对75kHz声波是适用的。     

旋涡声散射特性的尺度效应数值研究

以声波为主要表现形式的膨胀过程和以旋涡为主要表现形式的剪切过程之间的非线性耦合问题一直以来都是流体力学的研究热点.尤其是旋涡对声波的散射问题,具有重要的科学意义与工程应用背景.本文通过线性紧致格式直接数值求解二维欧拉方程,获得了平面声波穿过均熵Taylor涡的散射特性.与之前经典文献中的标准算例比较,结果极其吻合,直接...     

掩埋目标声散射特性及其实验

基于变分原理建立2D-FE弱形式解模型,针对轴对称掩埋目标进行散射远场的快速、高精度数值计算。入射波垂直于对称轴,给出:掩埋深度不变,以1°为间隔,改变掠射角所得到目标散射声压级相对于垂直海底照射获得结果的差值随频率、掠射角变化的表达式;掠射角不变,以0.1m为间隔,改变掩埋深度得到的散射声压级相对于浅掩埋条件下获得结果的差值随频率、深度变化的表达式。实验结果表明:在回波最强的正横方向,掩埋弹性目标表现出的共振散射特性与在自由场空间中具有相似性,表明了掩埋条件下目标内填充的透射和表面环绕波理论的适用性,验证了大掠射角入射得到散射声压级差值的变化规律。研究成果对宽带、高频入射声波探测更深掩埋目标提供思路。     

基于迭代物理声学的导管中高频声散射特性研究

针对具有空腔结构的导管中高频声散射问题,推导了基于迭代物理声学的导管多次散射声场计算公式,通过与JD7704导管的数值仿真和试验实测结果对比得到,该计算公式能够准确、高效地解决此类空腔结构的声散射问题。此外,通过分析其散射回波的距离–角度谱,观察到导管结构特有的多次散射干涉回波特征,并详细阐述了其形成机理。在此基础上,以NACA0012翼型剖面导管为例,采用迭代物理声学方法分析了不同翼型剖面厚度、拱度和攻角对导管目标强度的影响。研究表明,导管的第1阶散射回波准确反映其外部轮廓特征,高阶回波由于声波在腔体内传播路径的增长,表现为超出外部轮廓的多个“八”字亮线,反映其内部腔体结构特点,为水下目标识别提供可辨识的精细特征。     

MgO声子散射曲线和热力学特性的第一原理研究

利用从头算场论结合局域密度近似和Troullier-Martins赝势,计算了MgO的声子散射曲线和热力学特性.计算结果和所有的有效实验值进行了比较,发现理论计算结果和实验结果吻合的很好.     

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。     

声子散射下碳纳米管场效应管建模方法研究

声子散射对碳纳米管场效应管(carbon nanotube field effect transistor, CNTFET)的特性有着不可忽略的影响. 传统研究方法基于弹道输运模型来分析发生声子散射时各参数对器件特性的影响, 进而建立CNTFET声子散射模型.为了降低模型复杂度, 提高仿真计算的速度, 本文深入研究了CNTFET的声子散射影响, 对手性、温度和能量三个参数的变化进行了仿真, 分析了参数对器件特性的影响. 采用线性近似拟合的方式建立了一种新的CNTFET声子散射模型.通过分析散射下电流的变化, 验证了该模型的正确性和有效性.与半经典散射模型相比, 该模型由于不需要进行积分计算, 计算过程较为简单, 降低了运算量.关键词：碳纳米管场效应管声子散射模型线性近似拟合     

近岸4种鱼的声散射特征提取及融合实验研究*

为了有效地提取表征鱼类间差异的声散射特征参数,该文通过绳系法实验研究了近岸4种经济鱼类的声散射信号特征提取及融合方法。首先,通过自研双频鱼探仪采集花鲈、许氏平鲉、黑鲷和斑石鲷的个体鱼声散射信号;然后,分别测定200 kHz和450 kHz换能器下鱼体的目标强度,同时提取鱼声散射信号的时频域统计特征;最后,将降维后的时频特征与频差特征融合组成新的特征向量。该文通过实验验证了该方法的有效性,基于组合特征的支持向量机识别准确率达93%。结果表明,鱼的频率响应特性和鱼声散射信号的时频域统计特征能一定程度上反映鱼的固有属性,有效地增加判别依据能显著提高以上4种鱼类的识别准确率。     

基于空化辐射噪声的检测方法实验研究

空化空蚀严重影响水利设备的正常工作和使用寿命,为此本文研究了基于水听器信号的水泵空化检测方法,从空化噪声辐射基本特性出发,分析并选取强度、脉冲以及频谱结构等特征参数组成最优分类特征向量,使其既有较强的稳定性,也有较好的灵敏度。以此特征向量训练获得的支持向量机(SVM)分类器进行水泵空化状态识别准确率平均能有99.6%。检测其他结构水泵的空化,识别准确率也在96.5%以上。在较高环境噪声单一能量特征无法识别的情况下,依然有较好的识别准确率。表明该方法对不同结构的水泵及较高环境噪声具有一定的鲁棒性,有较好的应用价值。     

利用声辐射模态重构任意目标的散射声场

水下目标散射声场的重构可以作为水下目标散射特性的研究基础。本文主要利用声辐射模态对水下目标进行散射声场重构研究。首先,在借助声传递矩阵给出的任意结构声辐射模态的流体域求解方法基础上,通过理论证明了目标的散射声压与声辐射模态具有函数关系。其次,借助声场分布模态的概念,同时考虑到声场分布模态病态及声压测量易受噪声污染,提出基于声辐射模态的正则化散射声场重构算法。仿真结果表明,波数越低,重构所需声辐射模态阶数越少,在较高波数时仅需总模态数的大约20%即可对声场进行重构。与基于边界元的声场重构算法相比,计算量减小了至少80%,且克服了赫姆霍兹积分方程最小二乘法仅对球壳结构的重构效果较好而不适用于长条形结构重构的缺陷。     

改进的二维分形模型在海面电磁散射中的应用

提出了一种改进的二维分形海面模型,其表面谱函数在空间波数小于基波波数及大于基波波数时分别满足正幂率关系和负幂率关系.通过比较可以发现在不同风速时,改进模型的空间自相关函数及表面轮廓谱和有关文献结果有较好的吻合.在满足Kirchhoff近似条件下推导了改进分形模型的散射系数及散射强度系数的计算公式并进行了数值计算,比较了改进模型和经典模型的后向散射强度系数角分布并详细讨论了它们随入射频率、海上风速和风向的变化.关键词：改进分形模型粗糙海面电磁散射Kirchhoff近似     

非同步的多普勒水声跟踪定位原理

提出了一种新的水声跟踪定位方法,它仅测量目标非同步声信标到达各测量基元的接收信号和频率,来对目标声学跟踪定位,称之为非同步多普勒定位方法,本文介绍其原理,处和仿真结果。     

Physical model of acoustic forward scattering by cylindrical shell and its experimental validation

Research on the underwater target scattering can provide important theoretical support for target detection. The scattering model of cylindrical shell is established in this paper. It is found that the forward target strength is much stronger and varies with angles of incident wave less significantly than backward target strength. The received forward signal strength fluctuates with the target moving due to the interference between direct signal and scattering signal, which is most significant when target approaches the baseline. An experiment is carried out in an anechoic tank to validate the scattering model. The method of acquisiting forward scattering in the tank is proposed. The forward and the backward target strengths are achieved by using the pulse compression technology, and they are about 3dB less than the modeling results. The forward scattering phenomena of quiescent and moving target are measured, which are similar to modeling results with different target types.     

一种消除角度响应影响的多波束声强数据自适应改正方法

针对多波束反向散射强度(Backscatter Strength,BS)数据在采集过程中受到声学散射机理而产生的角度响应(Angular Response,AR)影响,而目前声学硬件方面尚未完美解决且现有后处理改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差,尤其在高入射角区域的改正效果甚为不理想的问题,为此,给出了一种基于散射强度的自适应角度响应改正模型。首先获取连续脉冲(Ping)平均散射强度数据的角度响应曲线;其次使用高斯拟合方法对角度响应曲线进行平滑拟合处理,进而对其解算二阶导数提取角度响应模型改正参数;最后给出顾及高入射角区域的单Ping反向散射强度数据的分段处理改正模型。实验结果表明,该方法与传统方法相比,整个发射扇区散射强度平均偏差精度约提高30V,尤其在影响较大的高入射角区域,平均偏差精度约提高40V,并且该区域的标准差精度也提高了近30%。该模型较好地解决了多波束在非正射情况下获取海底精准散射声强的问题,削弱了声波散射机理的影响;同时也解决了散射强度过渡不均衡、中央波束区域改正异常等问题。因此,提高了多波束反向散射强度的可靠性,可以真实地呈现出海底实际的地貌。     

Fractal Characteristics Investigation on Light Scattering from Two Dimensional Rough Surface

A normalized two dimensional band-limited Weierstrass fractal function is used for modeling the rough surface. Based on Kirchhoff theory, an analytic solution of the average scattering field and the variance of scattering intensity are derived with emphasis on examining the relation of fractal dimension with the scattering pattern. The important conclusion is obtained that the diffracted envelope slopes of scattering pattern can be approximated to a slope of linear equation.