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粗糙海面声散射特性研究

刘明  
【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。


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