曲面障板近场声散射对矢量水听器测向影响

论文摘要

随着矢量水听器技术的逐渐发展,矢量水听器已被广泛应用于水声各领域。矢量水听器具有良好的低频指向性、较强的抑制各向同性噪声能力等诸多优点,为解决水声问题提供了新的思路和方法。矢量水听器技术作为一种新兴技术,其信号处理方法和工程应用的理论物理基础还有待深入研究。本文首先利用物理声学和近场板块元方法推导并建立了刚性曲面障板声散射速度势计算的方法;讨论了由于平面多边形的空间Fourier变换公式不严格所导致的近场板块元方法计算结果不收敛的问题,推导出了改进变换公式,建立了改进近场板块元计算方法;并在改进近场板块元速度势算法的基础上推导了曲面障板近场散射声压和质点振速的计算公式,利用刚性球的Rayleigh简正级数解验证了该方法的正确性;以刚性两端带半球帽圆柱体障板为模型,计算分析了入射声波信号频率和入射角度以及矢量水听器安装位置变化时,水下刚性曲面障板近场散射声场及其对矢量水听器测向的影响。其次,利用有限元+边界元（FEM+BEM）的数值计算方法分析了弹性曲面障板近场声散射特性及其对矢量水听器测向影响。利用ANSYS软件对障板进行建模,并提取其拓扑结构,导入到SYSNOISE软件中,并对障板近场散射声压和质点振速进行了计算;另外,还推导了平面声波在弹性球壳上近场声散射和声透射的矢量声场数学表达式,并利用其对FEM+BEM方法进行了验证;通过数值计算,分析了弹性球壳障板和复杂圆柱壳障板近场声散射对矢量水听器声波接收响应的频率特性、接收指向性以及对目标测向性能的影响,为矢量水听器的在水下平台上的安装和信号处理提供理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 矢量水听器及其应用现状
• 1.2.1 矢量水听器概述
• 1.2.2 矢量水听器应用现状
• 1.3 曲面障板声散射国内外研究概述
• 1.3.1 散射声场的计算方法
• 1.3.2 流场中壳体声散射的国内外研究现状
• 1.3.3 曲面障板声散射对矢量水听器测向影响研究
• 1.4 本论文的研究方法及研究内容
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 曲面障板散射声场计算的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 散射声场计算的物理声学方法
• 2.3 板块元声场计算方法
• 2.3.1 远场板块元的基本思想
• 2.3.2 近场板块元计算方法
• 2.4 FEM+BEM声场计算方法
• 2.4.1 基本原理
• 2.4.2 计算的基本步骤
• 2.5 本章小结
• 第3章 刚性曲面障板近场声散射对矢量水听器测向影响
• 3.1 引言
• 3.2 刚性球声散射的Rayleigh简正级数解
• 3.3 近场板块元方法计算声散射的算例检验
• 3.4 近场板块元方法改进及散射声压和质点振速的计算
• 3.4.1 近场板块元方法改进
• 3.4.2 近场板块元方法散射声压和质点振速的计算
• 3.5 改进近场板块元方法计算声散射的算例检验
• 3.5.1 原有方法和改进方法的对比分析
• 3.5.2 改进方法计算声散射的算例检验
• 3.6 刚性曲面障板近场声散射对矢量水听器测向影响
• 3.6.1 矢量水听器测向原理
• 3.6.2 计算模型
• 3.6.3 数值计算及分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 弹性曲面障板近场声散射对矢量水听器测向影响
• 4.1 引言
• 4.2 弹性球壳声散射的解析解
• 4.3 FEM+BEM计算声散射的算例检验
• 4.4 弹性球形障板近场声散射对矢量水听器测向影响
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 数值计算及分析
• 4.5 弹性复杂曲面障板近场声散射对矢量水听器测向的影响
• 4.5.1 计算模型
• 4.5.2 数值计算及分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 平面多边形的空间FOURIER变换公式
• 附录B 改进板块元法的振速计算公式推导
• 附录C 弹性球壳矩阵方程中系数矩阵元素