【正文】 沖串。由于各個(gè)脈沖到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間不同，它們之間不會(huì)發(fā)生干涉迭加，不產(chǎn)生大的畸變。 College of Underwater Acoustic Engineering 78 ? 聲波在彈性物體上的散射 ? 彈性物體散射聲場(chǎng)的一般特征 ?頻率特性 回波強(qiáng)度隨頻率急劇起伏的解釋 ： 設(shè)入射波的頻譜為 ，則有： 根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)回波表達(dá)式有： ? ? ? ?? ??? ?? dkekgD cPp tkDii ??20? ?kg? ? ? ?? ????????? ??? dxexxxfxgrcPp taxris??0221200 ,22College of Underwater Acoustic Engineering 79 ? 聲波在彈性物體上的散射 ? 彈性物體散射聲場(chǎng)的一般特征 ?頻率特性 回波強(qiáng)度隨頻率急劇起伏的解釋 ： 1） 入射波為長(zhǎng)脈沖時(shí)，其頻譜較窄，頻率稍許變化時(shí)， 和 的相對(duì)位置可能發(fā)生很大的變化，它們的乘積也相應(yīng)有較大的變化，導(dǎo)致回波強(qiáng)度隨頻率急劇變化； 2） 入射波為短脈沖，其頻譜較寬，所以頻率稍許變化時(shí)， 和 的相對(duì)位置產(chǎn)生不大的變化，它們的乘積也相應(yīng)有不大的變化，回波強(qiáng)度不會(huì)隨頻率稍許變化產(chǎn)生急劇變化。 ? ?kg ?f? ?kg ?fCollege of Underwater Acoustic Engineering 80 ? 聲波在彈性物體上的散射 ? 彈性物體散射聲場(chǎng)的一般特征 ?非鏡反射效應(yīng) 1） Finney在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于浸在水中彈性薄板，在聲波入射角 滿足如下關(guān)系： 在入射方向上有強(qiáng)烈反射，它不滿足鏡反射規(guī)律，稱為“非鏡反射”。 為板中 彎曲波（反對(duì)稱蘭姆波）速度 。 2） 進(jìn)一步研究表明，當(dāng)聲波入射角 滿足如下關(guān)系： 也發(fā)生非鏡反射， 為板中 縱波速度 。 Rcc??sin?1sin cc??Rc?1cCollege of Underwater Acoustic Engineering 81 ? 聲波在彈性物體上的散射 ? 彈性物體散射聲場(chǎng)的一般特征 ?空間指向性 長(zhǎng)柱聲散射 鋁柱散射指向性圖案 剛性柱散射指向性圖案 College of Underwater Acoustic Engineering 82 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào) ? 前言 ?聲納目標(biāo)的結(jié)構(gòu)更類似于殼體 ?以彈性球殼為例討論殼體目標(biāo)回聲信號(hào) ? 穩(wěn)態(tài)回波信號(hào) ?形態(tài)函數(shù)隨 ka的變化 充水鋼球殼 回聲信號(hào)的 形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 83 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào) ? 穩(wěn)態(tài)回波信號(hào) ?形態(tài)函數(shù)隨殼厚的變化 厚度變化時(shí) 充水鋼球殼 回聲信號(hào)的形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 84 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào) ? 穩(wěn)態(tài)回波信號(hào) ?形態(tài)函數(shù)隨殼厚的變化 內(nèi)側(cè)為 真空時(shí)鋼球殼 回聲信號(hào)的形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 85 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào) ? 穩(wěn)態(tài)回波信號(hào) ?形態(tài)函數(shù)隨殼內(nèi)填充物的變化 內(nèi)側(cè)為 真空時(shí)鋼球殼 回聲信號(hào)的形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 86 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào) ? 穩(wěn)態(tài)回波信號(hào) ?殼體目標(biāo)散射聲場(chǎng)的空間指向性特性 內(nèi)側(cè)為 真空時(shí)鋼球殼 散射聲場(chǎng)的空間指向性 College of Underwater Acoustic Engineering 87 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào) ? 短脈沖入射時(shí)的回聲信號(hào) 短脈沖入射時(shí) 充水球殼 的回聲脈沖 College of Underwater Acoustic Engineering 88 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 前言 ?分離變量法只能應(yīng)用表面規(guī)則形狀物體 ?形狀不甚規(guī)則的物體，經(jīng)常應(yīng)用赫姆霍茨積分方法來(lái)求解散射聲場(chǎng) ?對(duì)于形狀規(guī)則物體，邊界是硬或軟邊界的簡(jiǎn)單情況，能給出嚴(yán)格解析解； ?對(duì)于非規(guī)則形狀物體，邊界條件復(fù)雜情況，則應(yīng)用數(shù)值積分法得到數(shù)值解，赫姆霍茨積分方法在實(shí)際工程中應(yīng)用較多。 College of Underwater Acoustic Engineering 89 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 赫姆霍茨積分解 設(shè)物體位于無(wú)限聲場(chǎng)中，物體外表面為封閉曲面 S，它的外法線方向?yàn)?n；點(diǎn)源位于點(diǎn) A，計(jì)算聲場(chǎng)中點(diǎn) B的散射聲場(chǎng)。則由赫姆霍茨積分公式得散射聲場(chǎng)為： 式中， 為散射聲場(chǎng)勢(shì)函數(shù)。利用邊界條件，將被積函數(shù)中未知量用已知量表示。設(shè)物體表面 S是剛性的，則 邊界條件 為： ? ? ?? ?????????????????????Si krssi krs dSrennrer2222241 ????s?College of Underwater Acoustic Engineering 90 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 赫姆霍茨積分解 上式中， 為入射波勢(shì)函數(shù)。作為近似，在剛性物體表面上散射聲場(chǎng)等于入射聲場(chǎng)，即 考慮遠(yuǎn)場(chǎng)條件有： i?? ?Si krSsreiA kn ????????????????1rn ,c o s11?? ?2rn ,co s2222reikreni k ri k r???????????? ? ? ?Si krSs rAe 11??0??????? ?????Ssinn??College of Underwater Acoustic Engineering 91 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 赫姆霍茨積分解 將以上兩式代入散射聲場(chǎng)積分公式： 如果考慮反向散射（收發(fā)合置），取 ，有 上兩式為 剛性物體的散射聲場(chǎng) 的積分解。 ? ? ? ? ? ? ? ?? ??? ?? ?Srriks dSrnrnrrei k Ar21212 ,c os,c os421??rrr ?? 21? ? ? ????Skris dSrnreik Ar ,c os2 22??College of Underwater Acoustic Engineering 92 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 費(fèi)涅爾半波帶近似法 ?赫姆霍茨積分解需要知道物體表面的曲面方程，運(yùn)算繁瑣。 ?費(fèi)涅爾半波帶方法是一種近似方法，簡(jiǎn)化運(yùn)算量。 ?赫姆霍茨積分解的物理意義 物體表面上各點(diǎn)在入射聲波的激勵(lì)下，作為次級(jí)聲源輻射次級(jí)聲波，它們?cè)诮邮拯c(diǎn)迭加成為散射聲波，次級(jí)聲波的相位為 ，即由聲波的往返路程決定。 )( 21 rrk ?College of Underwater Acoustic Engineering 93 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 費(fèi)涅爾半波帶近似法 考慮收發(fā)合置情況，它位于 B點(diǎn)，設(shè)物體表面距 B點(diǎn)最近的點(diǎn)為 C，距離為 。以 B點(diǎn)為球心， 以 為半徑，它與物體相切于點(diǎn) C，然后半徑每 次增加 1/4波長(zhǎng)，將物體表 面分割成許多環(huán)帶，稱為費(fèi) 涅爾半波帶。相鄰半波帶的 散射波在 B點(diǎn)聲程差為 ， 相位相差 。 0r0r2??College of Underwater Acoustic Engineering 94 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 費(fèi)涅爾半波帶近似法 第 個(gè)半波帶的散射聲場(chǎng)為： 如果物體表面共分為 N個(gè)波帶，則總散射聲場(chǎng)為： 當(dāng)物體比波長(zhǎng)大很多，且物體的曲率半徑較大，則N很大，相鄰波帶的 變化不大，面積也很接近。 i? ????iSkrii dSreik A rn ,co s2 22??? ? NNs ???? 121 1 ?????? ?? ? rrn ,cosCollege of Underwater Acoustic Engineering 95 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng) ? 費(fèi)涅爾半波帶近似法 第 個(gè)波帶產(chǎn)生的反射聲波絕對(duì)值等于相鄰兩個(gè)波帶散射波絕對(duì)值的平均值，即 則總散射波為： 當(dāng)物體很大時(shí)，最后一個(gè)費(fèi)涅爾帶的 時(shí)， 第一個(gè)費(fèi)涅爾帶的 ， i? ?1121 ?? ?? iii ???? ? ? ? ? ?? ?NNs ????????? 11533311 1212121 ??????????? ?? ? 0,cos ?rn? ? 1,cos ?rn???1222 Skris dSreik A?