基于声压梯度参考的部分场分解方法及实验研究

采用扫描测量方式得到的不相干声场需分解成完全相干的部分场后才能用于近场声全息重建. 现有的方法都是将声压作为参考进行部分场分解. 本文提出以声压梯度作为参考, 并建立一种基于声压梯度参考的部分场分解方法. 由于声压梯度比声压的衰减速度更快, 受到其他声源和环境噪声的影响比声压小, 所以以声压梯度为参考在分解完全相干的部分场过程中比以声压为参考更具有优势. 通过数值仿真和实验分析, 一方面验证了基于声压梯度参考的部分场分解方法的正确性和可行性; 同时通过与基于声压参考的部分场分解结果比较, 说明了基于声压梯度参考的部分场分解方法分解更稳健、结果更精确.     

基于各向同性材料的层状椭圆柱形声隐身衣设计

基于等效介质理论, 提出了具有共焦层状结构的椭圆柱形声隐身衣设计方法. 理论分析与有限元数值模拟表明, 所设计隐身衣依然具有完美隐身衣典型特征, 可使刚性圆柱体散射场明显减小, 并且在隐身衣区域表现出波阵面弯曲的特性, 同时在隐身衣外部波阵面保持不变. 增加隐身衣离散层数可以拓宽其有效工作频带, 改善隐身效果. 由于是一种线变换隐身衣, 隐身效果受到了入射波方向的影响, 只有当入射波方向与椭圆长轴平行时效果最佳. 另外当椭圆柱焦距非常小的时候, 可近似认为是圆柱形隐身衣. 仿真实验结果证明了方法的正确性. 该研究为实现复杂形状声隐身衣提供了一种有效途径.     

晶体与电极位置失配对声光移频器性能的影响研究

为了提高声光移频器的性能,对其内部声光晶体(AOC)和压电超声换能器(PZT)电极之间的位置失配特性进行研究,并深入分析AOC和PZT电极之间几类不同的几何装配错位关系.通过构造AOC与电极失配的三维有限元模型,在不同轴向装配错位的条件下对AOC中的超声波声场进行仿真分析.根据超声波的声场分布特性,可以发现几何装配错位会导致AOC内部形成不发生声光相互作用的区域,并揭示此区域长度与错位量的关系.通过分析声光相互作用区与不发生声光相互作用区之间的光学界面,发现位置失配会在输出光中发生双光束干涉效应,其对实际光学系统的输出会产生影响.基于双光束干涉原理搭建一种测量不发生声光相互作用区域长度的实验系统,所得结果证明理论分析的合理性.     

浅海不确定声场的随机多项式展开法研究

为获得求解浅海不确定声场的普适模型,建立了随机多项式展开法与Helmholtz方程的非嵌入式耦合模型,其间运用概率配点法求解多项式系数。针对仅当海水深度不确定时的Pekeris波导、声速剖面和海深均不确定时的Pekeris波导以及下限深度不确定温跃层等几种情形,计算了传播损失概率密度分布。结果表明所建模型对声场计算模型普适性强,计算精度和计算效率高,可用于研究含多个不确定环境参数、声速剖面复杂的浅海环境中声传播的不确定性。      

基于声强测量的圆柱内部全息柱面复声压相位重构

本文把基于声强测量的全息相位重构原理应用到圆柱内部声场中,阐述了圆柱面相位重构原理,推导了相应的有限空间离散算法并计算了圆柱声腔内主要声模态。结果表明,重构相位和理论值有较好的吻合。最后,分析了重构频率、全息孔径及全息柱面与壳体的间距等重构参数对相位重构精度的影响。     

基于拖曳倾斜线列阵的海底反射损失提取方法

在浅海环境中,海底声学参数对水下声场的精确预报十分重要.现有的海底声学参数反演方法大多数是采用固定垂直阵进行的,其缺点是不能实施大面积、高分辨的走航式反演.在已提出的垂直阵海底反射损失反演方法的基础上,研究了基于三种线列阵阵形的海底反射损失提取方法及其特点,提出了基于拖曳倾斜线列阵与三个声源组合的走航式海底参数快速获取方法,并对该方法进行了误差分析.研究结果表明：覆盖同样的掠射角范围,垂直线列阵需与多个距离的声源组合,拖曳水平线列阵只需一个声源组合但需要采用较大的物理孔径,拖曳倾斜线列阵综合了垂直阵和水平 关键词： 水下声场预报 海底声学参数 海底反射损失 拖曳倾斜线列阵     

基于纹影法的聚焦超声声场重建算法研究

为了从聚焦超声声场纹影图像直接重建声场声压分布图像,首先根据水中声波与光波的作用规律,利用Zernike相衬技术得到纹影系统中空间声压分布与纹影图像中光强的关系,再通过纹影系统获得聚焦超声声场实时图像,最后根据纹影系统的物理特性经过反投影重建算法重建出凹球壳聚焦超声换能器的空间声压分布。分析可知,理论声焦域横向与声轴大小分别为0.15 mm、1.4 mm,重建声场电功率为12 W时横向最接近为0.25 mm,30 W时声轴最接近为1.35 mm。与球壳换能器的理论声压分布进行对比的结果表明,该方法具有一定可行性,可以用于聚焦超声换能器的声场分布检测。     

The design of electromagnetic acoustic experimental platform and the study on radiated sound field by its probe

Electromagnetic acoustic testing technology has aroused extensive concern in the field of ultrasonic nondestructive testing due to its advantages of non-contact with the test specimen, couplant free and good signal reproducibility. This article summarizes the related re- search work of our group in recent years and mainly introduces the two parts on electromagnetic acoustic experimental platform and radiated sound field by its probe in detail.     

浅海低频垂直相控阵多模声场聚焦研究*

为了提高低频垂直相控阵声场聚焦的环境适应性,增强环境失配情况下的声场聚焦效果,提出一种多模声场聚焦方法。该方法利用环境失配对低阶模态影响相对较小的特点,只利用前3阶模态进行发射权系数的计算。仿真结果表明,多模声场具有较大的聚焦跨度,在环境失配情况下仍能在期望的聚焦位置实现良好的聚焦效果。进一步地,根据巴斯微扰理论计算分析了多模声场的混响特性。由于多模声场聚焦将能量集中到了掠射角较小的低阶模态中,因此比最优权系数聚焦具有更低的混响平均强度。多模聚焦对聚焦深度进行扫描可以实现目标的深度分辨,这在水下目标探测方面具有较高的应用前景。     

低频大孔径线列阵声纳在海底反射区的测向性能分析*

与深海直达声探测、会聚区探测不同,在海底反射声探测模式下,低频大孔径线列阵声纳采用常规阵列信号处理方法,会产生测向误差增大和方位分裂等测向性能下降现象。目前,关于海底反射声探测模式下测向性能下降程度的预报、测向性能下降现象出现的区域位置预报等方面尚缺乏研究。本文针对该问题,提出一套海底反射区声纳测向性能预报方法。该方法以深海声场存在“简正波簇”现象及高阶“简正波簇”在角谱域分布具有稳定性等分析结论为支撑,提出高阶“简正波簇”角谱域分布向空域分布的转换方法、高阶简正波簇引起的测向误差量值预报方法、不同高阶简正波簇干涉产生多目标现象的条件的计算方法,实现了对低频大孔径线列阵声纳在深海海底反射区不同位置的测向误差预报、目标方位分裂现象产生的位置和目标角度范围要求预报。结合典型条件下的预报结果,本文提出了下一步开展低频大孔径线列阵声纳深海海底反射区环境适配信号处理方法的研究方向。