第5章聲波在目標(biāo)上的反射和散射

1、第第5 5章章 聲波在目標(biāo)上的反射聲波在目標(biāo)上的反射和散射和散射（1）軍事目標(biāo)：艦船、潛艇、魚雷、水雷等；（2）礁石等； 反射體、散射體反射體、散射體回波信號回波信號有規(guī)信號有規(guī)信號；（3）無限延展非均勻體：深水散射層、海面、海底等。 散射體散射體回波信號回波信號 無無規(guī)信號規(guī)信號 統(tǒng)計信號統(tǒng)計信號(混響混響)。（1）主動聲吶的目標(biāo)檢測和識別的依據(jù)；（2）對聲吶設(shè)備的設(shè)計和應(yīng)用有重要意義。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射2 聲吶目標(biāo)強(qiáng)度TS； 常見聲吶目標(biāo)TS值的特性； 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量； 目標(biāo)回聲信號； 剛性和彈性球體的散射場特性； 殼體目標(biāo)的回波信號； 散射聲場理論計算方法； 聲散射

2、逆問題。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射3 目標(biāo)強(qiáng)度TS定量描述目標(biāo)反射本領(lǐng)的大小，從回聲強(qiáng)度角度描述目標(biāo)的聲學(xué)特性。式中， 為入射波強(qiáng)度； 為離目標(biāo)等效聲中心1米處的回聲強(qiáng)度。iIrIrir=1ITS =10lgI水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射45.1 5.1 聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度 （1）測量距離 在遠(yuǎn)場進(jìn)行測量Ir，并按球面波衰減規(guī)律將測量值換算至目標(biāo)等效聲中心1m處。（2）目標(biāo)等效聲中心 假想的點，可位于目標(biāo)的外部或內(nèi)部；射線聲學(xué)觀點認(rèn)為回聲是由該點發(fā)出。Ir1m水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射55.1 5.1 聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度 （

3、3）回聲強(qiáng)度 回聲強(qiáng)度Ir是入射波方向和回波方向的函數(shù)。 在收發(fā)合置情況，回聲強(qiáng)度僅是入射波方向的函數(shù)，稱之為“反向反射”或“反向散射”。（4）參考距離 參考距離通常取1m。 多數(shù)聲吶為收發(fā)合置型的，因此主要討論反向散射情況目標(biāo)回聲問題。 通常情況下，水下目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度TS為正值，為什么不能說回聲強(qiáng)度高于入射聲強(qiáng)度？ 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射65.1 5.1 聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度 剛性不動球體：半徑a，ka1，k為波數(shù)；反射聲線：局部平面鏡反射定律； 球體剛性：聲能不會透入球體內(nèi)部；理想反射體：聲能無損失被反射。 ii2iiidsina2dsdscosIdWii2

4、rrd22sinr2IdW散射聲功率： 局部范圍入射聲功率：aiIi id 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射75.1 5.1 聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度 入射聲功率等于散射聲功率：ridWdW 22irr4aII4alg10IIlg10TS21rir尤立克水聲原理從總體角度上進(jìn)行推導(dǎo)。 求得：剛性大球的目標(biāo)強(qiáng)度： 結(jié)論：當(dāng)ka1，剛性球TS值與聲波頻率無關(guān)，只與球半徑有關(guān)；是考慮鏡反射的平均結(jié)果，不是嚴(yán)格解。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射85.1 5.1 聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度 軍事需要：探潛、反潛、水聲對抗 聲吶（潛艇、魚雷、水雷等）目標(biāo)強(qiáng)度備受各海軍強(qiáng)

5、國重視； 軍事保密原因，公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料較少，且年代久遠(yuǎn)； 我們僅對聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度特性作一般性討論。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射95.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 潛艇實測目標(biāo)強(qiáng)度值具有離散性，而且與方位、頻率、脈沖寬度、深度和距離有關(guān)。（1）測試艇：柴油動力潛艇（2）測試時間：二次大戰(zhàn)前后（3）正橫方向：1240dB，平均值25dB水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射105.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （1 1）空間方位特性）空間方位特性 潛艇目標(biāo)強(qiáng)度與方位角關(guān)系曲線呈“蝴蝶形”圖形。測試頻率

6、：24kHzA為戰(zhàn)前、40次平均B為戰(zhàn)后、5次平均水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射115.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （1 1）空間方位特性）空間方位特性 在艇的舷側(cè)正橫方向上，目標(biāo)強(qiáng)度值最大，達(dá)25dB，系由艇殼的鏡反射引起； 在艇首和艇尾方向，目標(biāo)強(qiáng)度 最小，約1015dB，系由艇殼 和尾流的遮蔽效應(yīng)引起；在艇首和艇尾20度附近，比相 鄰區(qū)域高出13dB，可能是由 潛艇的艙室結(jié)構(gòu)的內(nèi)反射產(chǎn)生。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射125.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （2 2）隨測量距離的變化）隨測量距

7、離的變化 通常近距離測量的目標(biāo)強(qiáng)度值有可能小于遠(yuǎn)距離的測量值，且隨著測量距離變大目標(biāo)強(qiáng)度值也逐漸變大，到了某個距離后，目標(biāo)強(qiáng)度值不再隨距離而變。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：指向性聲吶入射聲束照射目標(biāo)面積隨測量距離變化。幾何形狀比較復(fù)雜物體的回聲強(qiáng)度隨距離的衰減規(guī)律不同于點源聲場，聲強(qiáng)隨距離變化不遵循球面規(guī)律。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射135.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （2 2）隨測量距離的變化）隨測量距離的變化在近場（距離小于 ），回聲強(qiáng)度隨距離的衰減服從柱面波規(guī)律，即 。 在遠(yuǎn)場（距離大于 ），回聲強(qiáng)度隨距離的衰減服從球面波規(guī)律，即 。若分別在

8、近場和遠(yuǎn)場進(jìn)行測量，然后按照球面波規(guī)律歸算到目標(biāo)聲中心1m處。0rr10r2r1 為了要得到穩(wěn)定可靠的測量結(jié)果，應(yīng)在遠(yuǎn)場進(jìn)行測量，即測量距離 。 Lr2水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射145.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （3 3）隨脈沖長度的變化）隨脈沖長度的變化 設(shè)入射波脈沖長度為 ，若物體表面上A點和B點所產(chǎn)生回聲在脈沖寬度 內(nèi)被同時接收到，則有： 2cBD2csinAB隨著脈沖長度的增加，對回聲有貢獻(xiàn)物體表面積相應(yīng)增大； 脈沖長度由短逐漸變長時，目標(biāo)強(qiáng)度值也由小逐漸變大，直到脈沖長度變?yōu)?后，目標(biāo)強(qiáng)度值就不再隨脈沖長度而變化。 csinL2

9、0 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射155.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （3 3）隨脈沖長度的變化）隨脈沖長度的變化目標(biāo)強(qiáng)度隨脈沖寬度的變化實質(zhì)還是對回聲有貢獻(xiàn)的目標(biāo)表面積大小不同引起的。在正橫方向上目標(biāo)強(qiáng)度隨脈沖長度變化現(xiàn)象不明顯。 由于目標(biāo)沿入射波方向上的長度很小，且回聲形成主要是鏡反射過程（脈寬減小效應(yīng)）。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射165.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （4 4）隨頻率的變化）隨頻率的變化潛艇目標(biāo)強(qiáng)度值不存在明顯頻率效應(yīng)?？赡鼙粚崪y值的離散性所掩蓋；潛艇目標(biāo)的結(jié)構(gòu)和幾何形狀

10、十分復(fù)雜，產(chǎn)生回聲的機(jī)理是多種多樣的。 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射175.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 （5 5）隨航行深度的變化）隨航行深度的變化深度對潛艇尾流回聲有影響，對其結(jié)構(gòu)的目標(biāo)強(qiáng)度值原則上沒有影響。深度對測試結(jié)果的影響表現(xiàn)對聲傳播特性的影響，并沒有影響到產(chǎn)生回聲的機(jī)理。 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射185.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 基本形狀：帶平頭或半球體的圓柱體；幾何尺度：長度1米至數(shù)米，直徑0.3米至1米；兩者不同：魚雷尾部安裝有推進(jìn)器；水雷雷體上安裝有翼及凹凸不平處。目標(biāo)

11、強(qiáng)度特點：正橫方位或頭部目標(biāo)強(qiáng)度值較大強(qiáng)鏡反射；尾部和雷體上小的不規(guī)則部分目標(biāo)強(qiáng)度值較小。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射195.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 圓柱形物體目標(biāo)強(qiáng)度：222aLsinTS10lgcos2sinkL圓柱形物體正橫和端部方位目標(biāo)強(qiáng)度： 式中，a為圓柱半徑，L為圓柱長， 是聲波波長。 2aLlg10TS214alg10TS22p魚雷和水雷的目標(biāo)強(qiáng)度隨方位、頻率、脈沖寬度和測量距離魚雷和水雷的目標(biāo)強(qiáng)度隨方位、頻率、脈沖寬度和測量距離變化，大體與潛艇的相類似。變化，大體與潛艇的相類似。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射205

12、.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 魚是探魚聲吶的目標(biāo)。 Cushing（1963年）等人研究結(jié)果：測量對象：鱘魚、比目魚、鱸魚、青魚等死魚，安裝薄膜塑料人工魚鰾。實驗條件：聲波頻率30kHz，聲束由上向下垂直照射到魚脊背上，魚處于正常游動狀態(tài)。測量結(jié)果 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射215.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 Love（1971年）等人試驗研究，獲得魚脊背方向入射時魚目標(biāo)強(qiáng)度經(jīng)驗公式： 62lg9 . 0lg1 .19TSfL式中，魚體長度L（cm），頻率f（kHz）。 907 . 0L 將魚群視為

13、一個整體，如果魚群由N條相距較大魚所組成，則魚群總目標(biāo)強(qiáng)度為TS+10lgN，其中TS是單個魚體目標(biāo)強(qiáng)度值。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射225.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 海洋生物聲散射特性研究的模型： 海洋生物非球形、不均勻，高通液體球是一個近似模型：描述海洋生物聲散射特性的反向散射截面：14rirII4lg10TS1442322kakaa2222113-14ggghgh1gcch1水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射235.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 魚鰾是魚體散射的重要散射體，水中氣泡散射響應(yīng)

14、：Qffa114220294. 1228. 22041. 0064. 0LL背部方向最大側(cè)方向103Q 更接近于實際魚體，體長模型：水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射245.2 5.2 常見聲吶目標(biāo)常見聲吶目標(biāo)TSTS值的一般特征值的一般特征 在湖泊或海上現(xiàn)場測量當(dāng)目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度值，容易滿足遠(yuǎn)場，能直接測量結(jié)果，但不宜控制和重復(fù)，結(jié)果有一定離散度，測量精度不高。 指向性聲源A：向待測目標(biāo)輻射聲波；接收水聽器B：接收待測目標(biāo)回波； 計算入射聲強(qiáng)度和回聲強(qiáng)度；計算目標(biāo)強(qiáng)度TS值。測量應(yīng)滿足遠(yuǎn)場條件；合理選擇發(fā)射信號脈沖寬度；合理選擇發(fā)射聲源和接收水聽器位置。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散

15、射255.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 需要一個目標(biāo)強(qiáng)度為已知的參考目標(biāo)；在相同測量條件下分別測量參考目標(biāo)和待測目標(biāo)的回聲級，比較它們的回聲級；目標(biāo)強(qiáng)度的計算：ITSTSIr00=10lg+水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射265.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 操作簡單，僅測量回聲強(qiáng)度，計算簡單，是比較實用的方法。 需要一個目標(biāo)強(qiáng)度已知的參考目標(biāo)；對于復(fù)雜幾何形狀目標(biāo)（潛艇），高逼真的參考目標(biāo)制作比較困難；對于大目標(biāo)很難保證前后兩次測量條件相同。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射275.3

16、5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 A為收發(fā)合置換能器（為討論方便而假定），它是指向性聲源，聲軸指向待測目標(biāo)；B為被測目標(biāo)；距離r應(yīng)滿足遠(yuǎn)場條件。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射285.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 水聽器（聲源）處回聲級： EL=SL-2TL+TS待測目標(biāo)強(qiáng)度值：需要測量物理量：聲源級SL、回聲強(qiáng)度Ir和傳播損失TL。102ITSTLSLIr0=lg+10IELIr0=lg水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射295.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TS

17、TS值值 操作比較簡單，不需特殊儀器設(shè)備，是一種基本的測量方法。 需要精確地知道或測量傳播損失值，現(xiàn)場測量難度比較大。 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射305.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 測量船：安裝發(fā)射器和水聽器各一個，測量目標(biāo)回聲和應(yīng)答器所輻射的脈沖信號，設(shè)它們聲級差為A分貝。待測目標(biāo)：安裝應(yīng)答器和水聽器各一個，相距1米，應(yīng)答器接收聲源發(fā)射聲脈沖后也發(fā)射聲脈沖，水聽器先后接收聲源和應(yīng)答器發(fā)射的脈沖信號，設(shè)它們的聲級差為B分貝。 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射315.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目

18、標(biāo)TSTS值值 目標(biāo)強(qiáng)度值計算： 12122ASLTLTSSLTLBSLTLSL=TSAB 不需要確定傳播損失；測量比較簡單，不需要對測試系統(tǒng)做復(fù)雜的絕對校正。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射325.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 在實驗室水池中現(xiàn)場測量小尺度目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度值，測量條件遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)場測量條件。比較法直接法 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射335.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值滿足遠(yuǎn)場條件 目標(biāo)處于聲源的遠(yuǎn)場，水聽器處于目標(biāo)的遠(yuǎn)場。滿足自由場條件一般滿足自由場條件；由于池壁、水面、

19、池底反射聲可能和目標(biāo)回波信號干涉、疊加，影響測量結(jié)果的可信度；根據(jù)水池尺寸，合理選擇脈沖寬度，調(diào)整聲源、目標(biāo)和水聽器三者之間位置，使界面反射脈沖和目標(biāo)回波脈沖在接收時間上分開。 合理選取發(fā)射信號脈沖寬度 為抗多途干擾，要求脈沖寬度窄一些；測量穩(wěn)態(tài)結(jié)果，又要求脈沖寬度不能太窄。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射345.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 聲吶目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度值是根據(jù)實驗測量得到的，結(jié)果具有較大的離散性，從統(tǒng)計的意義上給出了規(guī)律性結(jié)果。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射355.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常

20、見目標(biāo)TSTS值值理論上可推得一些簡單幾何形狀物體目標(biāo)強(qiáng)度值理論計算公式。雷達(dá)技術(shù)中對簡單幾何形狀物體的目標(biāo)強(qiáng)度計算公式用于聲吶目標(biāo)僅是一種近似值。聲吶目標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不滿足剛性條件；聲吶目標(biāo)不滿足不動理想條件。掌握球體、柱體和橢球體等簡單幾何形狀物體的目標(biāo)強(qiáng)度計算公式。復(fù)雜幾何形狀目標(biāo)可分解成若干簡單幾何形狀子目標(biāo)，通過子目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度值的合成得到其目標(biāo)強(qiáng)度值。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射365.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值（1）低頻條件下目標(biāo)強(qiáng)度值的降低）低頻條件下目標(biāo)強(qiáng)度值的降低 在低頻工程實現(xiàn)難度大，可以通過減小目標(biāo)的體積

21、，來降低目標(biāo)強(qiáng)度值。（2）高頻條件下目標(biāo)強(qiáng)度值的降低）高頻條件下目標(biāo)強(qiáng)度值的降低改變目標(biāo)幾何形狀；表面覆蓋消聲被覆；主動抵消；采用薄調(diào)諧材料。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射375.3 5.3 目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度實驗測量和常見目標(biāo)TSTS值值 目標(biāo)回波目標(biāo)回波：聲波在傳播途中遇到障礙物時產(chǎn)生散射聲波中，返回聲源方向那部分聲波。 目標(biāo)回波是散射波的一部分，是入射波與目標(biāo)相互作用產(chǎn)生的，它攜帶目標(biāo)的某些特征信息 。 測量回波信號分析處理提取目標(biāo)特征（先驗知識）目標(biāo)檢測和識別。 回顧回顧大目標(biāo)：目標(biāo)前方次級聲波反射波；目標(biāo)后方次級聲波繞射波。小目標(biāo)：向空間各方向輻射次級聲波散射

22、波。與波長相當(dāng)目標(biāo)：反射、繞射、散射均起作用。在聲學(xué)中，近場次級聲波衍射波；遠(yuǎn)場次級聲波散射波。在這里，統(tǒng)稱為散射波。 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射385.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波（1）目標(biāo)鏡反射 鏡反射是幾何反射過程，服從反射定律。曲率半徑大于波長的目標(biāo)，回波基本由鏡反射過程產(chǎn)生，與垂直入射點相鄰的目標(biāo)表面產(chǎn)生相干反射回聲。（2）目標(biāo)散射 目標(biāo)表面不規(guī)則性，如棱角、邊緣和小凸起物，其曲率半徑小于波長，回波由散射過程產(chǎn)生。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射395.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射405.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波水聲學(xué)第5章

23、 聲波在目標(biāo)上的反射和散射415.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波（3）目標(biāo)再輻射 一般聲納目標(biāo)為彈性物體，在入射聲波的激勵下，目標(biāo)某些固有振動模式被激發(fā)，向周圍介質(zhì)輻射聲波，它是目標(biāo)回聲組成部分，稱為非鏡反射回波。 它與目標(biāo)力學(xué)參數(shù)、狀態(tài)以及與入射聲波相對位置等因素有關(guān)。如下圖所示，窄平面波脈沖入射到鋁球上接收到的回波脈沖串。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射425.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波（4）回音廊式回聲（環(huán)繞波） 聲波入射到A點除產(chǎn)生鏡反射波外，還有折射波投射到目標(biāo)內(nèi)部。折射波在目標(biāo)內(nèi)部傳播，在B、C、上同樣產(chǎn)生反射和折射，到達(dá)G點時，折射波恰好在返回聲源的方向上，它是回波的一部分

24、。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射435.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波彈性散射波圓柱傾斜入射時彈性散射波（湯渭霖、陳德智）水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射445.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波彈性散射波圓柱斜入射螺旋環(huán)繞波（鮑小玲）水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射455.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波彈性散射波的作用高分辨率聲吶的有限長圓柱聲圖像水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射465.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波 回波與入射波的差異（1）多普勒頻移 運(yùn)動目標(biāo)回波頻率和入射波產(chǎn)生差異，這種差異的大小 與入射波頻率 f 及目標(biāo)與聲源之間距離變化率V有關(guān)：式中，c是海水中的聲速。

25、可以估計目標(biāo)的速度。ffcVf2 目標(biāo)接近聲源時，取正號；目標(biāo)遠(yuǎn)離聲源時，取負(fù)號。舉例：聲納工作頻率10 kHz，聲源以10節(jié)（5 .15m/s）的相對速度趨近目標(biāo)時，回波頻移為69Hz 。 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射475.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波（2）脈沖展寬 目標(biāo)回聲是由整個目標(biāo)表面上的反射體和散射體產(chǎn)生，整個物體表面都對回波有貢獻(xiàn)。由于傳播路徑不同，目標(biāo)表面不同部分產(chǎn)生回波到達(dá)接收點在時間上有先有后，加寬了回聲信號的脈沖寬度。 平面波以掠射角入射到長為L的目標(biāo)上，在收發(fā)合置條件下，回波脈沖將比入射脈沖展寬： 在窄脈沖入射下，目標(biāo)為許多散射體組成復(fù)雜目標(biāo)，回聲脈沖展寬明顯

26、；若回聲主要過程是鏡反射，回聲脈沖展寬可以忽略。舉例：潛艇在正橫方向，回波展寬為10ms，在首尾方位，回波展寬為100ms。cL cos2 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射485.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波（3）包絡(luò)不規(guī)則性 回聲包絡(luò)是不規(guī)則的，當(dāng)鏡反射不起主要作用時更是如此。 原因：原因：目標(biāo)上各散射體散射波互相迭加干涉引起的。在目標(biāo)回聲中，還可能有個別的亮點，是由目標(biāo)上某些部位的產(chǎn)生鏡反射引起的。例如，潛艇的指揮臺，幾何亮點和彈性亮點。（4）調(diào)制效應(yīng) 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 螺旋槳旋轉(zhuǎn)引起目標(biāo)的散射截面產(chǎn)生周期性變化，引起回聲幅度周期性變化。 運(yùn)動船體與其尾流產(chǎn)生的兩種回波干涉引起調(diào)

27、制效應(yīng)。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射495.4 5.4 目標(biāo)回波目標(biāo)回波上節(jié)講述通過實驗測量聲納目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度值；本節(jié)講述通過理論計算目標(biāo)強(qiáng)度值及其物理特性。常見聲納目標(biāo)幾何形狀基本接近于球形或柱形，將其視為球體或圓柱體，簡化數(shù)學(xué)運(yùn)算，結(jié)果也適用于實際聲納目標(biāo)。剛性不動球體物理含義：剛性不動球體物理含義：剛性：在入射聲波作用下球體不發(fā)生變形，聲波透不到球體內(nèi)部，激不起球內(nèi)部運(yùn)動；不動：球體不參與周圍流體介質(zhì)質(zhì)點的運(yùn)動。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射505.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 取坐標(biāo)系的原點和剛性球的球心重合，并取x軸與入射平面波的傳播方向一致，設(shè)剛性

28、球的半徑為a。入射平面波聲壓為tkriiePpcos0為書寫方便，將時間因子省略。tiiePp0設(shè)散射波聲壓為 ，它滿足波動方程sp0sin1sinsin1122222222sssspkprprrprrrck水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射515.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 012222mrkrRrrR 考慮入射波對x軸對稱性，散射波也關(guān)于x軸對稱，則它與變量 無關(guān)，則利用分離變量法，有勒讓德方程：0sinsin112222ssspkprrprrr貝塞爾方程：msinsin1水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射525.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 根據(jù)

29、勒讓德方程的解有（m為分離變量時引入常數(shù)，根據(jù)勒讓德方程性質(zhì)，m必須是非負(fù)整數(shù)）： cosmmmPa根據(jù)貝塞爾方程的解有：根據(jù)輻射條件根據(jù)輻射條件0mc cosmmmPa krhckrhbRmmmmm21水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射535.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 散射波聲壓的解為： 01cosmmmmskrhPap待定常數(shù)，由邊界條件確定待定常數(shù)，由邊界條件確定對于剛性球體有：00arsiarrrppiu為了確定待定系數(shù) ，需要將入射波展開：ma 0coscos12mmmmikrPkrjime水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射545.5 5.5 剛性球體散射

30、聲場剛性球體散射聲場 根據(jù)邊界條件，可確定待定系數(shù) ：ma armmmmrkrhrkrjPmia1012 對于散射波的遠(yuǎn)場，利用球漢克爾函數(shù)在大宗量條件下近似展開： 0110cos12mtimmmmmsekrhPkadkadhkadkadjPmip散射波聲壓表達(dá)式為： 2111mkrikrmekrkrh水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射555.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 遠(yuǎn)場散射波聲壓為：遠(yuǎn)場散射波聲壓為： 021210cos12mmmimmmtkrisPekadkadhkadkadjmiekrPp記： kadkadhkadkadjmibmmmm112 0212cos1m

31、mmimPebkaD tkriseDraPrp0,水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射565.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 在低頻，球前向散射較均勻，隨頻率增大，指向性變得復(fù)雜；低頻時，剛球背面散射波很弱，隨著頻率的增加，背部散射波逐漸增強(qiáng)。 剛球遠(yuǎn)場散射波強(qiáng)度：散射波振幅正比于入射波振幅；散射波是各階球面波的迭加，具有球面波的某些特征，如振幅隨距離的衰減；散射波具有明顯指向性。 cPIDraIIiis0202222剛性不動球的目標(biāo)強(qiáng)度表達(dá)式 22lg10lg10DaIITSis水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射575.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 剛性不

32、動微小球粒子對平面波的散射微小粒子：是指 ，即或頻率甚低或者粒子半徑極小。提示：微小粒子的散射波聲壓依然可以應(yīng)用上述剛性不動球體的散射場聲壓表示。在 條件下，求和項（隨m增大迅速減小）中只有前兩項起主要作用，微小粒子的散射波聲壓：)(cos)(cos1111020)(0PebPebkaeraPpiitkris1ka1ka312kab 303kabi水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射585.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 剛性不動微小球粒子對平面波的散射剛性不動微小球粒子對平面波的散射整理得到散射波聲壓：散射波聲強(qiáng)：目標(biāo)強(qiáng)度：結(jié)論：具有明顯的指向性和強(qiáng)烈的頻率特性。cos231

33、3)(3)(0kaekrPptkris2642cos2319akrIIis643625lg10akTS 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射595.5 5.5 剛性球體散射聲場剛性球體散射聲場 常見聲納目標(biāo)是由金屬材料制成的，均為彈性體；對于彈性體，入射聲波能透入物體內(nèi)部，并激發(fā)內(nèi)部聲場。與剛性球體比較：（1）彈性球體散射波強(qiáng)度隨頻率變化出現(xiàn)極大、極小變化；剛性球體散射波強(qiáng)度不存在明顯的頻率效應(yīng)。（2）還存在其它方面差別，研究這些差別，有助于聲納目標(biāo)的檢測和識別。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射605.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 分析：分析：與剛性球體

34、的散射場計算過程作對比相同點：散射波聲壓滿足相同的波動方程，解法相同，形式解相同；不同點：確定形式解中待定系數(shù)的邊界條件不同。邊界條件：邊界條件：1）法向應(yīng)力連續(xù) 2）法向位移連續(xù)或法向質(zhì)點振速連續(xù) 3）切向應(yīng)力為零水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射615.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 彈性球體上的散射聲波： xnxFxnxj xFxjnnnnnnntan 2222222221111121222222211111222221222xjxxjnnxjxxjnnxjxjxxjxjxxjxxjnnxjnnxjxjxxjxxFnnnnnnnnnnnnnnsn tin

35、nninnsePkrheinPpncossin120110水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射625.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 考慮點聲源置于S處，它距球心的距離為r0，空間任意點P處入射聲場為： 0012121210cos122nnnnikDPkrHkrJnrriDesippptkDiieDPp10將球坐標(biāo)系原點置于球心處，則：水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射635.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 0121210012krHkrkrhnnnnnPP1coscos krJkrkrjnn21212 tinnnnniePkr

36、hkrjnikPpcos1120100水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射645.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 入射聲波表達(dá)式為：在遠(yuǎn)場條件下，則有： 1001001nikrkrniekrkrh tinnnnikriePkrjinPrepcos120000沿x軸入射平面波球函數(shù)展開式水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射655.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 彈性球體散射聲場表達(dá)式為： tinnnnsePkrhcPpcos010 tinnnninnsePkrhkrhenkPpncossin11201010考慮收發(fā)合置情況下的回波：

37、0rr tiinnnseekrhnkPpn00210sin12切向應(yīng)力為零切向應(yīng)力為零法向應(yīng)力連續(xù)法向應(yīng)力連續(xù)水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射665.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 遠(yuǎn)場條件下回波表達(dá)式為： 1001001nikrkrniekrkrhtkriinnnseenxraPpn0201200sin12122 彈性球體散射聲場比剛性球體復(fù)雜，與球體組成材料的彈性參數(shù)有關(guān)。kax 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射675.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 上世紀(jì)60年代，Hickling引入形態(tài)函數(shù)來討論散射聲場與頻率的關(guān)

38、系，彈性球的形態(tài)函數(shù)定義為：ninnnenxxxxf0121sin1212,散射聲場為：tkrisexxxfraPp0221200,2akx11akx22水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射685.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 結(jié)論：彈性球（鋼球和鋁球）形態(tài)函數(shù)隨頻率有極大、極小變化；剛性球形態(tài)函數(shù)在低頻段起伏振蕩，隨著頻率的增高，逐漸趨于1；聲學(xué)軟球形態(tài)函數(shù)在很低頻段大于1，隨著頻率的增加很快降至1水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射695.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 具有明顯頻率特性具有明顯頻率特性（1）寬脈沖入射信號）

39、寬脈沖入射信號 散射強(qiáng)度隨頻率作極大、極小急劇變化，回波波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變。（2）窄脈沖入射信號）窄脈沖入射信號 回波為一脈沖串，每個脈沖之間的間隔基本相等，脈沖幅度逐漸衰減，波形基本不變。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射705.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 波形畸變解釋波形畸變解釋（1）回波來自物體表面的散射波、透入物體內(nèi)部經(jīng)內(nèi)表面反射、透射到達(dá)的波，入射波激勵下的再輻射波；（2）長脈沖時，水聽器可在同一時刻接收上述各種波迭加而成，它們經(jīng)由不同途徑到達(dá)接收點（相位不同），迭加結(jié)果使得回波波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變；（3）短脈沖時，上述各種波不會在同一時刻到達(dá)接收點，

40、所以接收到的是一個脈沖串。由于各個脈沖到達(dá)接收點的時間不同，它們之間不會發(fā)生干涉迭加，不產(chǎn)生大的畸變。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射715.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 以彈性球為例說明回波強(qiáng)度隨頻率急劇起伏的原因：設(shè)入射波頻譜為 ，則有： kg dkekgDcPptkDii20 12i kDtig kp t edt回波可表示為 dxexxxfkgrcPptaxris0221200,22水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射725.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 入射波為長脈沖，其頻譜較窄，所以頻率稍許變化時， 和 相對位置

41、可能發(fā)生很大的變化，它們乘積也相應(yīng)有較大變化，導(dǎo)致回波強(qiáng)度隨頻率急劇變化；入射波為短脈沖，其頻譜較寬，所以頻率稍許變化時， 和 相對位置產(chǎn)生不大的變化，它們乘積也相應(yīng)有不大變化，回波強(qiáng)度不會隨頻率稍許變化產(chǎn)生急劇變化 kgff kg水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射735.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 Finney在實驗室中發(fā)現(xiàn)，對于浸在水中彈性薄板，在聲波入射角滿足如下關(guān)系2sinc c在入射方向上有強(qiáng)反射，不滿足鏡反射規(guī)律，稱“非鏡反射”。 進(jìn)一步研究表明，當(dāng)聲波入射角滿足如下關(guān)系：1sincc也同樣發(fā)生非鏡反射水中聲速板中彎曲波波速板中縱波波速水聲學(xué)第

42、5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射745.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 彈性物體散射聲場具有空間指向性特性水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射755.6 5.6 彈性物體散射聲場及其特性彈性物體散射聲場及其特性 n 實際聲吶目標(biāo)的結(jié)構(gòu)更類似于殼體如潛艇、水雷、魚雷等。n 聲吶目標(biāo)本身是殼體或填充某種材料的殼體回聲信號攜帶殼體或填充材料的某些特征。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射765.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射775.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 以彈性球殼為例討論

43、殼體目標(biāo)回聲信號殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，回聲信號復(fù)雜，理論計算分析處理復(fù)雜繁瑣。接收點R處回聲信號：2022ikrtsPapf er形態(tài)函數(shù) 是殼體材料的彈性參數(shù)、密度、球殼內(nèi)外半徑、球殼兩側(cè)流體介質(zhì)聲學(xué)參數(shù)、入射波頻率函數(shù)。f水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射785.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 對殼體目標(biāo)，隨著ka值的變化， 有劇烈的極大、極小變化，且比實心球更為劇烈。 f充水鋼球殼回聲信號的形態(tài)函數(shù)實心鋼球回聲信號的形態(tài)函數(shù)水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射795.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 與殼體厚度有著十分密切的關(guān)系；n 厚殼和

44、薄殼 具有一定相似性，但后者變化比前者劇烈；n 隨著殼厚的增加， 隨ka的變化逐漸趨于實心球體。 f充水鋼球殼回聲信號的形態(tài)函數(shù)ff水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射805.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 當(dāng)ka值大于10以后， 隨ka值作比較有規(guī)則變化。內(nèi)真空鋼球殼回聲信號的形態(tài)函數(shù)f水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射815.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 對應(yīng) 取極大值和極小值的空間指向性，更為復(fù)雜。 內(nèi)真空鋼球殼散射聲場的空間指向性f水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射825.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信

45、號 2ca短脈沖入射時充水球殼的回聲脈沖：水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射835.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 在短脈沖入射時，殼體目標(biāo)回波由一串脈沖構(gòu)成；（1）第一個回波脈沖為殼面的鏡反射回波；后續(xù)回波脈沖為入射波激勵殼體固有振動再輻射聲脈沖；（2）短脈沖條件下，輻射脈沖各自獨(dú)立，隨著脈寬逐漸變寬，輻射脈沖連成一片。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射845.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 脈沖寬度大小對回聲脈沖結(jié)構(gòu)有明顯影響；（1）當(dāng) 時，脈沖中心頻率稍有變化，回波脈沖結(jié)構(gòu)改變不明顯；（2）當(dāng) 時，脈沖中心頻率細(xì)微變化，回波脈沖

46、結(jié)構(gòu)改變明顯。1 1水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射855.7 5.7 殼體目標(biāo)上的回聲信號殼體目標(biāo)上的回聲信號 n 理論求解散射聲場分離變量法：形狀規(guī)則物體（正交坐標(biāo)系）邊界條件簡單（硬或軟邊界）嚴(yán)格解析解。n 數(shù)值求解散射聲場數(shù)值方法：形狀不規(guī)則物體（正交坐標(biāo)系無法描述）分離變量法不滿足數(shù)值方法計算量大（尤其高頻）。n 高頻近似計算方法赫姆霍茨積分方法：形狀規(guī)則硬或軟邊界嚴(yán)格解析解；形狀不規(guī)則物體或邊界條件復(fù)雜物理概念清晰數(shù)值解（數(shù)值積分方法）。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射865.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 設(shè)物

47、體位于無限流體介質(zhì)中，物體外表面為封閉凸曲面S，它外法線方向為n；點源位于點A，由赫姆霍茨積分公式得B點散射聲場解：SikrssikrsdSrennre222241散射聲場勢函數(shù)水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射875.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 利用邊界條件，將被積函數(shù)中未知量用已知量表示。 設(shè)物體表面S是剛性的，則： 0Ssinn11ikrierA 入射波勢函數(shù)：水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射885.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 設(shè)觀察點在目標(biāo)遠(yuǎn)場，考慮遠(yuǎn)場

48、條件 ，得：11krSikrSsrnreiAkn11,cos1 同理，在條件 下，得：12kr222,cos22rnreikrenikrikr水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射895.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 剛性物體表面上散射聲場等于入射聲場（精確近似），有：SikrSsrAe11水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射905.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 剛性物體散射場的Helmholtz積分解： 如果考慮反向散射（收發(fā)合置）： SrriksdSrnrnrreikA

49、2121,cos,cos421rrr21SkrisdSrnreikA,cos222剛性物體散射聲場積分解。水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射915.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 n 赫姆霍茨積分解：需要知道物體表面曲面方程，運(yùn)算繁瑣，計算量大。n 費(fèi)涅爾半波帶方法：它是一種近似，簡化運(yùn)算量。n 赫姆霍茨積分解物理意義： 物體表面上各點在入射聲波的激勵下，作為次級聲源輻射次級聲波，它們在接收點迭加成為散射聲波，次級聲波的相位為 ，即聲波往返路程。21rrk水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射925.8 Helmholtz5.8 H

50、elmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 n 菲涅爾半波帶方法： 收發(fā)合置情況，它位于B點，設(shè)物體表面距B點最近點為C，距離為r0。以B點為球心，以r0半徑，它與物體相切于點C，然后半徑每次增加1/4波長，將物體表面分割成N個環(huán)帶，稱為費(fèi)涅爾半波帶。 相鄰半波帶的散射波在B點聲程差為 ，相位相差 。2水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射935.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 第i菲涅爾半波帶的散射聲場為：SkriidSrnreikA,cos222 若物體表面上共分為N個波帶，則總散射聲場為：NNs13211水聲學(xué)第5章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射945.8 Helmholtz5.8 Helmholtz積分方法求解散射聲場積分方法求解散射聲場 當(dāng)物體比波長大很多，且物體曲率半徑較大，則劃分菲涅爾帶N很大，則相鄰波帶 變化不大，面積也很接近。 第i個波帶產(chǎn)生的反射聲波絕對值等于相鄰兩個波帶散射波