水声学-声波在目标上的反射和散射1课件

第六章声波在目标上的反射和散射第十八讲Helmholtz积分方法1CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU本讲主要内容壳体目标上的回波信号稳态回波信号短脉冲入射时的回声信号Helmholtz积分方法赫姆霍兹积分解菲涅尔半波带近似法第六章小结第六章习题2CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、壳体目标上的回波信号前言声纳目标的结构更类似于壳体以弹性球壳为例讨论壳体目标回声信号稳态回波信号形态函数与ka有关形态函数与壳厚有关形态函数与填充物有关3CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、壳体目标上的回波信号稳态回波信号形态函数随壳厚的变化厚度变化时充水钢球壳回声信号的形态函数：5CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、壳体目标上的回波信号稳态回波信号形态函数随壳厚的变化内侧为真空时钢球壳回声信号的形态函数：6CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、壳体目标上的回波信号稳态回波信号形态函数随壳内填充物的变化内侧为真空时钢球壳回声信号的形态函数：7CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、壳体目标上的回波信号短脉冲入射时的回声信号短脉冲入射时充水球壳的回声脉冲：9CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、Helmholtz积分方法前言分离变量法只能应用表面规则形状物体形状不甚规则的物体，经常应用Helmholtz积分方法来求解散射声场对于形状规则物体，边界是硬或软边界的简单情况，能给出严格解析解；对于非规则形状物体，边界条件复杂情况，则应用数值积分法得到数值解，Helmholtz积分方法在实际工程中应用较多。10CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEUHelmholtz积分解设物体位于无限声场中，物体外表面为封闭曲面S，它的外法线方向为n；点源位于点A，计算声场中点B的散射声场。则由Helmholtz积分公式得散射声场为：边界条件：二、Helmholtz积分方法11CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEUHelmholtz积分解将以上两式代入散射声场积分公式：反向散射（收发合置）：

上两式为刚性物体散射声场的积分解。二、Helmholtz积分方法13CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU费涅尔半波带近似法Helmholtz积分解需要知道物体表面的曲面方程，运算繁琐。费涅尔半波带方法是一种近似方法，简化运算量。Helmholtz积分解的物理意义物体表面上各点在入射声波的激励下，作为次级声源辐射次级声波，它们在接收点迭加形成散射声波，次级声波的相位为，即由声波的往返路程决定。二、Helmholtz积分方法14CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU费涅尔半波带近似法考虑收发合置情况，声源位于B点，设物体表面距B点最近的点为C，距离为。以B点为球心，以为半径作圆，它与物体相切于点C，然后半径每次增加1/4波长，将物体表面分割成许多环带，称为费涅尔半波带。相邻半波带的散射波在B点的声程差为，相位相差。二、Helmholtz积分方法15CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU费涅尔半波带近似法

第个波带产生的散射声波绝对值等于相邻两个波带散射波绝对值的平均值，即则总散射波为：

二、Helmholtz积分方法17CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU费涅尔半波带近似法当物体很大时，最后一个费涅尔带的时，第一个费涅尔带的。总散射波：二、赫姆霍茨积分方法18CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU目标强度概念与定义刚性大球的目标强度理论推导常见声纳目标的目标强度的一般特征潜艇的目标强度随方位的变化关系及原因潜艇的目标强度随测量距离的变化关系及原因潜艇的目标强度随脉冲宽度的变化关系及原因目标强度的实验测量比较法测量目标强度原理三、第六章小结19CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU目标回波回波信号的一般特征刚性不动球体的声散射散射场的特点刚性不动微小球粒子对平面波的散射散射场的特点声波在弹性物体上的散射弹性物体散射声场的一般特征三、第六章小结21CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU四、第六章习题柱形水雷长2m，半径为0.5m，端部为半球形。垂直入射时，水雷及其端部的目标强度表达式是什么？给定声波频率分别为10kHz和100kHz，计算目标强度。在高频远场条件下，简单地用能量守恒关系推出半径为a