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粗糙海面声散射特性研究

作　者: 刘明
导　师: 孙辉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 声学
关键词: 小斜率近似粗糙海面声散射空间域处理技术
分类号: O422.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 69次
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内容摘要

本文首先介绍了几个重要的描述粗糙面的统计参量,并利用线性滤波法模拟高斯分布的一维粗糙海面,接着利用小斜率近似方法计算了一维粗糙海面的声散射特性,得到了服从高斯分布的一维粗糙海面的散射强度计算公式,讨论了一维粗糙海面声波散射强度随频率、入射角、散射角、表面起伏均方根和相关长度以及声速的变化规律。并与积分方程法做了比较,结果表明小斜率近似所得结果与积分方程法是一致的。然后利用小斜率近似方法计算了二维粗糙海面的声散射特性,得到了粗糙海面功率谱为幂律谱的二维粗糙海面的散射强度计算公式,讨论了二维粗糙海面声波散射强度随谱指数、频率、入射角、散射角、方位角、风速以及声速的变化规律,为二维粗糙海面的三维声散射问题的实验研究提供了理论依据。最后,在理论研究工作的基础上完成了二维粗糙海面声波散射特性的水池实验,测量了不同频率、不同入射角、散射角以及方位角条件下所对应的散射强度。实验与模拟计算结果比较,证实了计算二维粗糙海面声波散射特性的小斜率近似方法的有效性。本实验通过不同位置风扇对水面的吹拂获得粗糙水面,分别对水平面上互相垂直的两个方向上的水面波高变化进行了测量,利用周期图法估计出这两个方向上的空间功率谱,验证了实验中的粗糙水面是各向同性的。利用改进的‘空间域处理技术’去除了总声波信号中的直达波和其他固定位置散射体的散射信号,获得了粗糙水面的声波散射信号。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-12
  1.1 论文研究的背景和意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 论文的主要研究工作  10-12
第2章一维粗糙海面声散射问题的理论研究  12-39
  2.1 描述粗糙面的统计参量  12-14
    2.1.1 均方根高度  12
    2.1.2 相关长度  12-13
    2.1.3 均方根斜率  13
    2.1.4 曲率半径  13-14
  2.2 一维粗糙海面的模拟仿真  14-15
  2.3 积分方程法求解一维粗糙海面声散射问题  15-22
    2.3.1 积分方程法的基础理论  15-18
    2.3.2 积分方程法的仿真研究  18-22
    2.3.3 积分方程法的误差来源  22
  2.4 小斜率近似法求解一维粗糙海面声散射问题  22-38
    2.4.1 小斜率近似法的基础理论  22-24
    2.4.2 小斜率展开及其基本性质的推导  24-27
    2.4.3 Φ_n的求解  27-30
    2.4.4 小斜率近似法的数值计算  30-33
    2.4.5 小斜率近似法重要假设汇总  33
    2.4.6 小斜率近似法的仿真研究  33-38
  2.5 本章小结  38-39
第3章二维粗糙海面声散射问题的理论研究  39-59
  3.1 小斜率近似最低阶散射截面的求解  39-42
  3.2 入射波波数k与散射波波数q的求解  42-43
  3.3 幂律谱粗糙表面声散射问题求解  43-49
    3.3.1 幂律谱参数介绍  43
    3.3.2 幂律谱粗糙海面的声散射截面求解  43-46
    3.3.3 积分式Ⅰ的数值求解  46
    3.3.4 α相对较小时积分式Ⅰ的数值求解  46-47
    3.3.5 α相对较大时积分式Ⅰ的数值求解  47-48
    3.3.6 α_(transition)的确定  48-49
  3.4 小斜率近似法的仿真研究  49-58
    3.4.1 收发合置系统情况  49-53
    3.4.2 收发分置系统情况  53-58
  3.5 本章小结  58-59
第4章二维粗糙海面声散射问题的实验研究  59-68
  4.1 实验概况  59-60
  4.2 粗糙水面空间功率谱的获得  60-61
  4.3 粗糙水面声波散射信号的获得  61-63
  4.4 实测结果与理论结果的对比分析  63-67
    4.4.1 收发合置系统情况  63-64
    4.4.2 收发分置系统情况  64-67
  4.6 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  74

粗糙海面声散射特性研究

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