声波在目标上的反射和散射.ppt

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1、第5章声波在目标上的反射和散射水下目标含义：（1）军事目标：舰船、潜艇、鱼雷、水雷等；（2）礁石等；反射体、散射体→回波信号→有规信号；（3）无限延展非均匀体：深水散射层、海面、海底等。散射体→回波信号→无规信号→统计信号(混响)。研究声呐目标回波特性意义（1）主动声呐的目标检测和识别的依据；（2）对声呐设备的设计和应用有重要意义。水声学第5章声波在目标上的反射和散射2主要内容声呐目标强度TS；常见声呐目标TS值的特性；目标强度实验测量；目标回声信号；刚性和弹性球体的散射场特性；壳体目标的回波信号；散射声场理论计算方法。水声学第5章声波在目标上

2、的反射和散射31、目标强度TS目标强度TS定量描述目标反射本领的大小，从回声强度角度描述目标的声学特性。定义：式中，为入射波强度；为离目标等效声中心1米处的回声强度。水声学第5章声波在目标上的反射和散射45.1声呐目标的目标强度（1）测量距离在远场进行测量Ir，并按球面波衰减规律将测量值换算至目标等效声中心1m处。（2）目标等效声中心假想的点，可位于目标的外部或内部；射线声学观点认为回声是由该点发出。目标QCPIr1m水声学第5章声波在目标上的反射和散射55.1声呐目标的目标强度（3）回声强度回声强度Ir是入射波方向和回波方向的函数。在收发合置

3、情况，回声强度仅是入射波方向的函数，称之为“反向反射”或“反向散射”。（4）参考距离参考距离通常取1m。多数声呐为收发合置型的，因此主要讨论反向散射情况目标回声问题。通常情况下，水下目标的目标强度TS为正值，为什么不能说回声强度高于入射声强度？水声学第5章声波在目标上的反射和散射65.1声呐目标的目标强度2、刚性大球的目标强度①刚性不动球体：半径a，ka>>1，k为波数；②反射声线：局部平面镜反射定律；③球体刚性：声能不会透入球体内部；④理想反射体：声能无损失被反射。散射声功率：局部范围入射声功率：a水声学第5章声波在目标上的反射和散射75.1

4、声呐目标的目标强度入射声功率等于散射声功率：尤立克《水声原理》从总体角度上进行推导。求得：刚性大球的目标强度：结论：当ka>>1，刚性球TS值与声波频率无关，只与球半径有关；是考虑镜反射的平均结果，不是严格解。水声学第5章声波在目标上的反射和散射85.1声呐目标的目标强度军事需要：探潜、反潜、水声对抗声呐目标（潜艇、鱼雷、水雷等）强度备受各海军强国重视；军事保密原因，公开发表的文献资料较少，且年代久远；我们仅对声呐目标的目标强度特性作一般性讨论。水声学第5章声波在目标上的反射和散射95.2常见声呐目标TS值的一般特征1、潜艇的目标强度潜艇实测目

5、标强度值具有离散性，而且与方位、频率、脉冲宽度、深度和距离有关。（1）测试艇：柴油动力潜艇（2）测试时间：二次大战前后（3）正横方向：12～40dB，平均值25dB18艘潜艇正横方向目标强度直方图水声学第5章声波在目标上的反射和散射105.2常见声呐目标TS值的一般特征（1）空间方位特性潜艇目标强度与方位角关系曲线呈“蝴蝶形”图形。①测试频率：24kHz②A为战前、40次平均③B为战后、5次平均潜艇目标强度随方位的变化水声学第5章声波在目标上的反射和散射115.2常见声呐目标TS值的一般特征（1）空间方位特性（A曲线）♀在艇的舷侧正横方向上，目

6、标强度值最大，平均达25dB，系由艇壳的镜反射引起；♀在艇首和艇尾方向，目标强度最小，约10～15dB，系由艇壳和尾流的遮蔽效应引起；♀在艇首和艇尾20度附近，比相邻区域高出1～3dB，可能是由潜艇的舱室结构的内反射产生。水声学第5章声波在目标上的反射和散射125.2常见声呐目标TS值的一般特征（2）随测量距离的变化通常近距离测量的目标强度值有可能小于远距离的测量值，且随着测量距离变大目标强度值也逐渐变大，到了某个距离后，目标强度值不再随距离而变。产生原因：♀指向性声呐入射声束照射目标面积随测量距离变化。♀几何形状比较复杂物体的回声强度随距离的

7、衰减规律不同于点源声场，声强随距离变化不遵循球面规律。水声学第5章声波在目标上的反射和散射135.2常见声呐目标TS值的一般特征（2）随测量距离的变化♀在近场（距离小于），回声强度随距离的衰减服从柱面波规律，即。♀在远场（距离大于），回声强度随距离的衰减服从球面波规律，即。♀若分别在近场和远场进行测量，然后按照球面波规律归算到目标声中心1m处。为了要得到稳定可靠的测量结果，应在远场进行测量，即测量距离。水声学第5章声波在目标上的反射和散射145.2常见声呐目标TS值的一般特征（3）随脉冲长度的变化设入射波脉冲长度为，若物体表面上A点和B点所产生

8、回声在脉冲宽度内被同时接收到，则有：♀随着脉冲长度的增加，对回声有贡献物体表面积相应增大；♀脉冲长度由短逐渐变长时，目标强度值也由小逐渐变大，直到脉冲