水下目标低频声散射特性研究

【摘要】： 水下复杂目标的散射特性是水声技术中重要的应用基础研究,具有重要的理论价值和广泛的实际应用背景。随着潜艇消声瓦的大量应用,远程探测水下复杂目标变得越来越困难。为有效地避开潜艇消声瓦的吸波作用,提高主动探测距离,新一代主动声纳重点向大功率、低频段方向发展,因此,对于水下复杂目标的中低频段散射特性的研究近年来越来越受到重视。 目前,目标声散射特性的工程预报方法主要基于物理声学方法,采用Kirchhoff近似,即高频平面波近似,该方法是一种高频近似方法,当研究水下目标的低频散射特性时,目标散射可能进入低频的谐振区和瑞利区,导致较大误差。针对这种情况,本文采用有限元和边界元理论,应用商业声学分析软件SYSNOISE,对水下目标的低频散射特性进行了计算和验证。 首先计算了单层弹性球壳、刚性小球、半球头圆柱等简单形状目标的散射特性,并将计算结果与理论解进行了对比,结果表明,采用SYSNOISE软件求解简单形状目标的散射特性是可行的,无论是刚性目标还是弹性目标,在中低频段均能得到不错的结果。 采用SYSNOISE软件计算了Benchmark潜艇模型在200Hz、400Hz、1000Hz三个频率上的散射特性,将计算结果与BASIS的计算结果和板块元的计算结果进行了验证比较,结果表明:在除艇艏、艇艉外的大部分方位角内,尤其是90度正横附近(±20度)范围内,SYSNOISE软件计算的结果与BASIS的结果取得了较好的一致。而在艇艏和艇艉等大角度方向上,计算结果与文献结果存在10dB左右的差距。 最后利用非刚性表面目标的板块元计算方法,对Benchmark潜艇敷设某种吸声材料前后的目标强度进行了计算。结果表明:低频时这种吸声材料消声效果不明显;而随着频率的增大,其消声作用也越来越明显。 通过对水下目标低频散射特性的研究,认为使用SYSNOISE软件进行计算具有计算时间较短,计算精度较高,结果可视化等优点,在水下目标的低频散射特性预报方面,与目前国内外使用的主流计算方法具有一致的精度。