弹性圆柱体的声散射研究

【摘要】：水中的目标散射的相关问题对目标探测和识别起着重要的作用。一般来说,如水雷、舰艇、潜艇等目标都是由弹性体构成的,而弹性体在受到入射波作用后,会辐射弹性波,这其中包含了弹性体的形态、材料等多种信息。 对于特定的目标,都有特定的形态函数与其对应,因此了解形态函数对目标识别和探测就有着重要意义。目前国内关于求解弹性体的形态函数主要集中在正演问题的求解上,即了解目标的尺度,材料和声参数情况下得出相关形态函数,而在实际问题中,无论是实验室或海洋,我们所接收到的都是目标散射信号的时间序列,是否可以从散射信号的时间序列中得到目标的形态函数就是本文的目的所在。 文章从目标散射理论入手,在理论上推导并分析了实心弹性圆柱体目标的形态函数,并讨论了各阶分波形态函数,以及形态函数与频率和角度的关系。从共振散射理论上可知,形态函数分为背景项和共振项。而在时域的散射信号中，背景项就对应着时域信号的镜反射波,共振项就对应着时域信号的弹性波。在共振条件下,两者传播路径是有区别的,因此通过求解特征方程可以得到弹性波中瑞利波的到达时间间隔。 本文进行了水池的目标散射实验,在实验室实验中,通过对目标的时域散射信号的接收,分解并得到了各种散射信号成分,与理论得出的时间间隔吻合。得到时域波形后,文章通过准谐波法得到目标的形态函数,与数值模拟进行比较,结果吻合度较高。 文章引入维格纳威利(Wigner-Ville)分布来分析散射信号的时频关系,得到了时频联合分布图,从中看出散射信号中存在频散现象和时间延迟现象。从中亦可看出瑞利波的时间间隔现象,从而可以对群速度进行估计,这有助于对目标进行识别。