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《弹性壳体散射声波的速度频散分析研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、弹性壳体散射声波的速度频散分析研究曹正良杜栓平周士弘丛卫华（杭州应用声学研究所声纳技术国防科技重点实验室，杭州，310012）摘要：近年来通过理论分析平面波激发球壳（或柱壳）环绕波的速度频散特征，进一步认识了弹性壳体目标声散射的机理。本文提出了一种用于宽带目标散射波的频散分析方法，该方法基于散射环绕波可以分置线阵接收的形式进行截取，然后利用同态信号处理方法实现。通过仿真数据的分析例子说明了该方法的可行性，并且钢球壳与柱壳的比较结果说明：对目标回波中环绕波进行频散分析，可以进一步获得有关目标识别的物理特征。
2、关键词：速度频散，弹性壳体，声散射VelocityDispersionAnalysisofAcousticScatteringWavefromElasticShellsZhengliangCao,ShuanpingDu,ShihongZhou,andWeihuaCong(StateKeyLaboratoryofOceanicAcoustics,HangzhouAppliedAcousticsResearchInstitute,310012)Abstract：Inrecentyearstheanalysis
3、ofvelocitydispersionofcircumferentialwaves(orsurfacewaves),excitedbyanincidentplanewavetoanelasticcylindricalorsphericalshell,hastheoreticallyprovidedvaluableinsightintotheunderlyingmechanismsofscattering.Inthepresentstudy,anapproachofvelocitydispersionan
4、alysisonacousticscatteringwaveisadvancedforthedatainducedbyaspectralbandwidthsignal.Themethod,basedonasignalprocessingtechniqueintime-frequencydomain,isexaminedwithsimulatingwaveformsscatteredfromanelasticsphericalandcylindricalshellrespectivelybylinearfr
5、equency-modulatedsignal.KeyWords:velocitydispersion,elasticshell,acousticscattering1引言悬浮在水中弹性球壳的声散射是水声学中重要的研究内容之一。早期的大量理论研究工作主要针对具有规则形状或结构的球壳（如，Junger[1952]，Goodmanetal.[1962]等）或无限长的圆柱壳体（如DoolittleandÜberall[1966]等）。伴随理论研究的同时，在这一方面也开展了大量的实验工作（如DiercksandH
6、ickling[1967]等），尤其是Hickling的反向散射回波实验证实了相关理论的正确性。所有这些工作的研究目的是为了深入理解其中的物理机理和过程，以便为声纳应用中目标或介质的声特性确定奠定基础，例如最近有关参数估计（Teseietal.[2000],Lietal.[2005]等）以及目标识别（Gaunaurdetal.[1990,1997]等）的工作。根据已有的理论推导可知，平面简谐波激发的球壳的远场形态函数有如下形式：（1）其中，是流体中入射波波数，是球壳半径，是勒让德多项式，是散射角度，是由球
7、壳内外表面上的边界条件确定的系数。对于无限长的圆柱壳体亦有相似的表达形式，只是其中的有关系数及有所不同。形态函数集中反映了入射声波激发的目标共振声散射的特点，图1是空心铝球壳的反向散射形态函数，所用参数为[8]：球壳厚度h=0.05a，密度为=6.35g/cm3，纵横波速度为cp=3050m/s、cs=2700m/s，水的密度=1.0g/cm3，声速cf=1482.5m/s。形态函数中的平滑谱决定球壳的镜反射，在平滑谱背景上的多个窄峰和谷点对应于壳体的某些共振模式。ka图1空心铝球壳的反向散射形态函数
8、ƒ
9、∞(π)
10、图2RST分析（左图）和复极点分析（右图）ka
11、ƒn(π)
12、
13、ƒn(π)-ƒnr(π)
14、为了对球壳表面或内部传播的各种波模式及其特征有更深入的了解，Gaunaurd等[5]曾利用共振散射理论（RST）建立了球壳外部散射问题和激发壳体共振的内部振动问题之间的联系。该方法的核心是将目标散射形态函数减去恰当的背景几何贡献，从而分析各种共振模式的特点。图2左侧两图显示了图1中形态函数的RST分析结果，其中上子图是11个分波的
