漂浮冰球高频声散射特性研究

论文摘要

极地冰区海域漂浮着许多从冰架剥离的海冰,它们会随着洋流作用向低纬度海洋飘荡,这对在海上航行的舰船存在极大威胁。对海水界面处的海冰散射特性的研究是舰船潜艇探测、躲避海冰的前提条件。海冰漂浮在水面上,在物理模型中属于界面附近的目标,界面附近的目标回波由于界面的存在,相比于自由场中的目标回波引入了两个附加波,其回波特性也较为复杂,该种在界面附近的目标散射特性是目标声散射领域的重要研究内容。本文在此背景下研究了漂浮冰球在高频情况下的目标散射特性,旨在为极地海域航行船只与航线开发提供技术支持。围绕研究目标,首先研究了冰层的表面声阻抗值,推导出了冰球表面在不同入射角度和不同频率下的反射系数。其次针对自由场中的球目标,基于Kirchhoff近似理论研究了用于计算目标散射场的板块元法,并使用特征函数展开法加以验证。通过仿真验证板块元法对目标强度的计算精度,由此建立目标强度计算理论模型,将该模型应用于漂浮水面刚性球和冰球。水面对目标散射场的影响较大,会直接引入两个附加波:双站散射波和虚源散射波。考虑到特征函数展开法对界面附近目标散射声场计算的局限,因此将板块元法推广至水面漂浮目标的散射场计算中。最后,进行水箱目标强度测量实验,分别测量自由场中铜球和冰球的目标强度、漂浮状态下铜球和冰球的目标强度,实验结果表明经过修正的板块元法能够准确的计算高频情况下漂浮冰球的目标强度。本文所研究的漂浮冰球声散射特性和目标强度计算理论模型对后续海面浮冰探测和避碰声呐的研制具有一定的参考价值,对极地附近海域的安全航行提供保障。

论文目录

摘要

abstract

第1章绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容

第2章散射场计算理论和方法

2.1 基于Kirchhoff近似的板块元法理论

2.2 修正的Kirchhoff近似积分公式

2.2.1 阻抗表面参数计算

2.2.2 修正的板块元法

2.3 存在界面时的Kirchhoff近似

2.4 本章小结

第3章球体目标强度分析

3.1 自由场球体散射声场分析

3.1.1 刚性球

3.1.2 阻抗性球

3.2 漂浮球体球体散射声场分析

3.2.1 刚性球

3.2.2 阻抗性球

3.2.3 掠射角度对漂浮球体目标强度影响

3.3 界面存在对目标强度影响

3.4 本章小结

第4章目标强度测量实验与数据分析

4.1 实验概况

4.1.1 实验环境

4.1.2 目标模型

4.2 实验内容

4.2.1 实验方案

4.2.2 远场条件

4.2.3 实验装置的布放

4.2.4 实验仪器的连接

4.2.5 实验状况

4.2.6 数据采集

4.3 实验结果及分析

4.3.1 回波数据分析

4.3.2 自由场中球体目标强度

4.3.3 漂浮状态球体目标强度

4.3.4 自由场中与漂浮水面球体目标信号对比

4.3.5 自由场中与漂浮水面球体目标强度对比

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于洋

导师: 陈文剑

关键词: 声散射,界面,目标强度,近似,板块元法

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,武器工业与军事技术,船舶工业

单位: 哈尔滨工程大学

基金: 国家重点研发计划(批准号:2018YFC1405900)项目

分类号: U674.70;P731.15

总页数: 63

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