【正文】 沖串。由于各個脈沖到達接收點的時間不同，它們之間不會發(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 ? 彈性物體散射聲場的一般特征 ?頻率特性 回波強度隨頻率急劇起伏的解釋 ： 設入射波的頻譜為 ，則有： 根據(jù)遠場回波表達式有： ? ? ? ?? ??? ?? 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 ? 彈性物體散射聲場的一般特征 ?頻率特性 回波強度隨頻率急劇起伏的解釋 ： 1） 入射波為長脈沖時，其頻譜較窄，頻率稍許變化時， 和 的相對位置可能發(fā)生很大的變化，它們的乘積也相應有較大的變化，導致回波強度隨頻率急劇變化； 2） 入射波為短脈沖，其頻譜較寬，所以頻率稍許變化時， 和 的相對位置產(chǎn)生不大的變化，它們的乘積也相應有不大的變化，回波強度不會隨頻率稍許變化產(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 ? 彈性物體散射聲場的一般特征 ?非鏡反射效應 1） Finney在實驗室中發(fā)現(xiàn)，對于浸在水中彈性薄板，在聲波入射角 滿足如下關系： 在入射方向上有強烈反射，它不滿足鏡反射規(guī)律，稱為“非鏡反射”。 為板中 彎曲波（反對稱蘭姆波）速度 。 2） 進一步研究表明，當聲波入射角 滿足如下關系： 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 ? 彈性物體散射聲場的一般特征 ?空間指向性 長柱聲散射 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 ? 殼體目標上的回波信號 ? 前言 ?聲納目標的結(jié)構(gòu)更類似于殼體 ?以彈性球殼為例討論殼體目標回聲信號 ? 穩(wěn)態(tài)回波信號 ?形態(tài)函數(shù)隨 ka的變化 充水鋼球殼 回聲信號的 形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 83 ? 殼體目標上的回波信號 ? 穩(wěn)態(tài)回波信號 ?形態(tài)函數(shù)隨殼厚的變化 厚度變化時 充水鋼球殼 回聲信號的形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 84 ? 殼體目標上的回波信號 ? 穩(wěn)態(tài)回波信號 ?形態(tài)函數(shù)隨殼厚的變化 內(nèi)側(cè)為 真空時鋼球殼 回聲信號的形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 85 ? 殼體目標上的回波信號 ? 穩(wěn)態(tài)回波信號 ?形態(tài)函數(shù)隨殼內(nèi)填充物的變化 內(nèi)側(cè)為 真空時鋼球殼 回聲信號的形態(tài)函數(shù) College of Underwater Acoustic Engineering 86 ? 殼體目標上的回波信號 ? 穩(wěn)態(tài)回波信號 ?殼體目標散射聲場的空間指向性特性 內(nèi)側(cè)為 真空時鋼球殼 散射聲場的空間指向性 College of Underwater Acoustic Engineering 87 ? 殼體目標上的回波信號 ? 短脈沖入射時的回聲信號 短脈沖入射時 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 ? 前言 ?分離變量法只能應用表面規(guī)則形狀物體 ?形狀不甚規(guī)則的物體，經(jīng)常應用赫姆霍茨積分方法來求解散射聲場 ?對于形狀規(guī)則物體，邊界是硬或軟邊界的簡單情況，能給出嚴格解析解； ?對于非規(guī)則形狀物體，邊界條件復雜情況，則應用數(shù)值積分法得到數(shù)值解，赫姆霍茨積分方法在實際工程中應用較多。 College of Underwater Acoustic Engineering 89 ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場 ? 赫姆霍茨積分解 設物體位于無限聲場中，物體外表面為封閉曲面 S，它的外法線方向為 n；點源位于點 A，計算聲場中點 B的散射聲場。則由赫姆霍茨積分公式得散射聲場為： 式中， 為散射聲場勢函數(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 ? 赫姆霍茨積分解 上式中， 為入射波勢函數(shù)。作為近似，在剛性物體表面上散射聲場等于入射聲場，即 考慮遠場條件有： 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 ? 赫姆霍茨積分解 將以上兩式代入散射聲場積分公式： 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 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 ? 費涅爾半波帶近似法 ?赫姆霍茨積分解需要知道物體表面的曲面方程，運算繁瑣。 ?費涅爾半波帶方法是一種近似方法，簡化運算量。 ?赫姆霍茨積分解的物理意義 物體表面上各點在入射聲波的激勵下，作為次級聲源輻射次級聲波，它們在接收點迭加成為散射聲波，次級聲波的相位為 ，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 ? 費涅爾半波帶近似法 考慮收發(fā)合置情況，它位于 B點，設物體表面距 B點最近的點為 C，距離為 。以 B點為球心， 以 為半徑，它與物體相切于點 C，然后半徑每 次增加 1/4波長，將物體表 面分割成許多環(huán)帶，稱為費 涅爾半波帶。相鄰半波帶的 散射波在 B點聲程差為 ， 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 ? 費涅爾半波帶近似法 第 個半波帶的散射聲場為： 如果物體表面共分為 N個波帶，則總散射聲場為： 當物體比波長大很多，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 ? 費涅爾半波帶近似法 第 個波帶產(chǎn)生的反射聲波絕對值等于相鄰兩個波帶散射波絕對值的平均值，即 則總散射波為： 當物體很大時，最后一個費涅爾帶的 時， 第一個費涅爾帶的 ， i? ?1121 ?? ?? iii ???? ? ? ? ? ?? ?NNs ????????? 11533311 1212121 ??????????? ?? ? 0,cos ?rn? ? 1,cos ?rn???1222 Skris dSreik A?