理论声学第07章散射

2020/5/18,.,1,第七章声波的接收和散射,与声波接收有关，声学的经典内容声波与障碍物相互作用障碍物受声波的作用，振动障碍物会改变原来的传播，产生散射波散射，反射，折射，衍射，绕射声学主动检测的基础,2020/5/18,.,2,声波的接收,压强式传声器，圆形振膜表面受力,2020/5/18,.,3,指向性函数活塞声源辐射的远场指向性声学互易性,2020/5/18,.,4,压差式传声器,入射声波膜受的力,2020/5/18,.,5,指向性为与偶极子一样增加了近场的低频成分灵敏度比较低,2020/5/18,.,6,多声道干涉传声器,2020/5/18,.,7,指向性,2020/5/18,.,8,2020/5/18,.,9,接收阵列波束形成,2020/5/18,.,10,声强计,2020/5/18,.,11,圆球和圆柱对声波的散射,单个目标对平面入射波的散射入射波遇到散射物产生散射波入射与散射波叠加形成总的声场满足散射物表面的边界条件散射问题与辐射问题有密切的关系二次声源,2020/5/18,.,12,2020/5/18,.,13,刚性圆球对平面波的散射,入射波散射波总声场边界条件,2020/5/18,.,14,平面波展开为球函数的级数,2020/5/18,.,15,入射波在界面上的法向速度散射波,2020/5/18,.,16,散射场,远场,2020/5/18,.,17,声强,2020/5/18,.,18,总散射功率,用球截面积的入射功率归一为,2020/5/18,.,19,频率很低高频时趋于球截面积入射功率的两倍,2020/5/18,.,20,球表面的声压幅度的平方,2020/5/18,.,21,平面声波在球面上产生的声压分布与球面上点源产生的远场声场指向性是一样的。,互易性,2020/5/18,.,22,2020/5/18,.,23,散射截面,立体角立体角内的散射功率微分散射截面,2020/5/18,.,24,散射波的远场声强背向散射截面，单站散射截面双站散射截面总散射功率目标总散射功率等于入射声强与散射截面的乘积，相当于正入射到散射截面上的入声波功率,2020/5/18,.,25,瞬态的散射声场,2020/5/18,.,26,2020/5/18,.,27,爬波,2020/5/18,.,28,边界条件圆球表面声压为零,流体中的气泡散射软边界问题,2020/5/18,.,29,2020/5/18,.,30,不同介质圆球散射，弹性散射体,圆球表面边界条件声压和法向振动速度连续,2020/5/18,.,31,2020/5/18,.,32,刚性圆柱的散射,边界条件圆柱表面法向位移为零入射场,2020/5/18,.,33,散射场,2020/5/18,.,34,散射和辐射的关系,散射场可以看作散射体表面的二次声源产生的辐射声场圆柱体或球体表面不均匀振动产生的辐射问题,2020/5/18,.,35,多普勒效应,当接收器相对声源运动或散射物相对声源或接收器运动接收的声波的频率与声源的频率不一定一样多普勒效应运动星体发出的光波火车汽车等许多高速声源声纳测量海流，超声测量血流,2020/5/18,.,36,运动声源的多普勒效应,时间,声源的位置是,相位,2020/5/18,.,37,左边是,2020/5/18,.,38,多普勒方程,声源运动，接收频率与声源的频率不同多普勒频移,2020/5/18,.,39,脉冲多普勒现象,发射波形压缩或伸长，得到接收波形,2020/5/18,.,40,声源速度随时间变化取时的速度得到点在时间的瞬时频率线性的时不变系统，频率不变运动声源，系统是时变的时变系统会改变频率,2020/5/18,.,41,波数和频率的伽利略变换,两个坐标满足伽利略变换介质中有一个平面波,2020/5/18,.,42,波矢和频率的变换规律不同的惯性系中，波矢不变传播方向和波长不变频率是不同的,2020/5/18,.,43,第一个坐标系相对介质静止运动坐标中相速度是声速与坐标系速度的合成与平面波的传播方向有关,运动坐标系中的相速度,2020/5/18,.,44,声源运动,第一个坐标系静止第二个坐标系随声源运动,2020/5/18,.,45,接收器运动,第一个坐标系静止第二个坐标系随接收器运动,2020/5/18,.,46,声源、接收器运动,第一个坐标系随声源运动第二个坐标系随接收器运动第三个坐标系静止声源和接收器的速度都小，多普勒频移由声源和接收器的相对速度决定,2020/5/18,.,47,运动目标的散射,2020/5/18,.,48,第一个坐标系静止,入射波第二个坐标系随散射物运动散射波第一个坐标系中,2020/5/18,.,49,前向散射目标的运动速度比声速小背向散射,2020/5/18,.,50,2020/5/18,.,51,非均匀介质的散射,介质的非均匀性产生散射海洋、大气和生物组织声速和密度都是位置的函数,2020/5/18,.,52,非均匀介质声波方程,2020/5/18,.,53,波函数,忽略密度的变化,2020/5/18,.,54,不均匀介质的散射,2020/5/18,.,55,波恩近似,散射比较弱,2020/5/18,.,56,例,2020/5/18,.,57,超声层析成像,反问题，逆问题已知入射波散射波确定介质或散射物波恩近似声吸收成像声速成像射线理论,2020/5/18,.,58,2020/5/18,.,59,逆投影重建法,按照射线在网格中的长度加权赋值给各个网格对每个网格叠加，即得,2020/5/18,.,60,代数重建法,每个格点有一个未知数未知数的线性方程组在地球物理中有应用信息利用不充分应用并不广泛,2020/5/18,.,61,球面波在平界面上的反射和透射,当声源与散射物的距离比较近入射波不能近似为平面波球面波在平面界面上的反射和透射,2020/5/18,.,62,声源发出球面波反射波透射波,2020/5/18,.,63,声场轴对称,2020/5/18,.,64,高频远场近似,2020/5/18,.,65,鞍点法,2020/5/18,.,66,2020/5/18,.,67,镜面反射,2020/5/18,.,68,侧面波,2020/5/18,.,69,相位延迟,2020/5/18,.,70,2020/5/18,.,71,算例,2020/5/18,.,72,反射波形,2020/5/18,.,73,透射波形,2020/5/18,.,74,衍射,散射物比波长大得多大量声波被反射散射物背后形成影区部分入