隨著多基地主動(dòng)聲納探測(cè)技術(shù)的迅猛發(fā)展,水下大尺度目標(biāo)收發(fā)分置聲目標(biāo)強(qiáng)度預(yù)報(bào)方法備受關(guān)注。由于傳統(tǒng)邊界元/有限元面臨著計(jì)算速度慢的瓶頸問(wèn)題,本文提出了一種收發(fā)分置聲目標(biāo)強(qiáng)度快速計(jì)算方法。通過(guò)引入滿足結(jié)構(gòu)表面剛性邊界條件的格林函數(shù),將收發(fā)分置聲散射問(wèn)題轉(zhuǎn)化為聲傳遞向量計(jì)算問(wèn)題,借助聲傳遞向量的近似計(jì)算實(shí)現(xiàn)了收發(fā)分置目標(biāo)強(qiáng)度的快速計(jì)算。相對(duì)于Kirchhoff近似方法,該方法在大分置角計(jì)算時(shí)具備較高的預(yù)報(bào)精度;相對(duì)于邊界元、有限元等數(shù)值方法,該方法在計(jì)算速度上具備顯著優(yōu)勢(shì)。數(shù)值仿真表明,該方法是有效的、可行的。 

【文章來(lái)源】：船舶力學(xué). 2020,24(09)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

散射聲場(chǎng)圖例Fig.1Schematicofscatteredsoundfield(3))=件

）式便可進(jìn)行目標(biāo)強(qiáng)度計(jì)算，該方法對(duì)目標(biāo)的全表面進(jìn)行積分，考慮了影區(qū)的貢獻(xiàn)，因此，理論上在計(jì)算大分置角條件下收發(fā)分置聲目標(biāo)強(qiáng)度時(shí)也較為準(zhǔn)確。進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，首先將目標(biāo)表面離散為面單元S1，S2，…，SN為保證計(jì)算精度，以計(jì)算頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/6為最大尺寸進(jìn)行網(wǎng)格剖分；然后計(jì)算每個(gè)面單元Si對(duì)應(yīng)的聲傳遞向量T()?r,?rS，附錄A中給出了平面、球形、圓柱形三種規(guī)則形狀目標(biāo)對(duì)應(yīng)的聲傳遞向量T()?r,?rS級(jí)數(shù)解公式。對(duì)于非規(guī)則的面單元，如圖2所示，若該面單元所處曲面主曲率?p、?q大小近似相等，則以球形目標(biāo)的球冠單元（附錄公式（A2））替代作近似計(jì)算；如果主曲率?p、?q相差較大，則取無(wú)限長(zhǎng)圓柱上面單元（附錄公式（A3））替代作近似計(jì)算。因此，在計(jì)算非規(guī)則目標(biāo)聲目標(biāo)強(qiáng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定誤差。在入射勢(shì)函數(shù)已知的條件下，計(jì)算各離散面單元Si對(duì)應(yīng)的入射聲場(chǎng)法向振速vi()?rSi;θi,φi；確定滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件的觀察點(diǎn)?r，則每個(gè)離散面單元對(duì)?r處的散射聲壓貢獻(xiàn)為-||?rvi()?rSi;θi,φiT()?r,?rSi，對(duì)應(yīng)式（7），數(shù)值計(jì)算中離散形式的聲目標(biāo)強(qiáng)度表達(dá)式可以寫成：TS(θ),φ;θi,φi=20lg||||||∑i=1N||?rvi()?rSi;θi,φiT()?r,?rSi(8)M?p?q??N?t圖2非規(guī)則面單元曲率示意圖Fig.2Schematicofcurvatureofirregularsurfaceelement

BAzimuth/degree0306090120150180-30-20-1001020Analytic式（8）目標(biāo)強(qiáng)度TS/dBAzimuth/degree（c）1000Hz（d）2000Hz圖5剛性球不同仰角方向目標(biāo)強(qiáng)度Fig.5Targetstrengthofrigidsphereindifferentazimuthangles但可以準(zhǔn)確計(jì)算反向散射，前向散射的誤差也非常校2.2球柱組合體的散射聲場(chǎng)分析考慮剛性球柱組合體對(duì)平面波的散射，組合體中間圓柱高為3m、半徑為0.3m，兩端為半徑0.5m的半球，圓柱的幾何中心與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，中心軸與y軸重合，如圖6所示。對(duì)組合體進(jìn)行網(wǎng)格剖分，中間部分網(wǎng)格視為無(wú)限長(zhǎng)圓柱上的微面元，參考附錄中公式（A3）計(jì)算面單元相對(duì)于觀察點(diǎn)的聲傳遞向量，兩端網(wǎng)格則視為球形目標(biāo)上的面單元，參考附錄中公式（A2）計(jì)算聲傳遞向量。將觀察點(diǎn)定于距原點(diǎn)100m處，圖7給出了兩種不同頻率下收發(fā)合置的聲目標(biāo)強(qiáng)度結(jié)果，其中圖7（a）為平面波沿x軸負(fù)向入射，即正橫入射時(shí)的結(jié)果，圖7（b）為水平方向沿45°方位角入射時(shí)的結(jié)果，入射方向參考圖6。0400800120016002000-30-25-20-15-10-505目標(biāo)強(qiáng)度TS/dB有限元結(jié)果式(8)Frequency/Hz0400800120016002000-50-40-30-20-10有限元結(jié)果式(8)目標(biāo)強(qiáng)度TS/dBFrequency/Hz（a）正橫入射（b）45°入射圖7剛性球柱組合體不同頻率散射聲壓Fig.7Scatteredsoundpressureofrigidsphere-and-cylinderassemblyatdifferentfrequencies理論上，計(jì)算球冠的聲傳遞向量時(shí)面單元附近須為球形，柱狀面單元附近須為連續(xù)圓柱，但由于球柱銜接處的不連續(xù)性，聲目標(biāo)強(qiáng)度結(jié)果會(huì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3576602