雨致噪聲源水下目標(biāo)類光聲成像方法研究.pdf

1、在聲探測(cè)問題中，聲成像可以得到直觀的結(jié)果。聲成像的方式主要有三種，主動(dòng)成像、被動(dòng)成像和利用環(huán)境噪聲成像。主動(dòng)成像可以得到較為精確的目標(biāo)形狀和位置信息。被動(dòng)成像可以進(jìn)行噪聲源定位。而利用環(huán)境噪聲對(duì)目標(biāo)成像則具有隱蔽性好，可以探測(cè)安靜目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)利用環(huán)境噪聲成像的幾個(gè)主要物理過程進(jìn)行了研究，主要包含以下內(nèi)容：
　　1．雨噪聲的研究
　　在研究環(huán)境噪聲時(shí)，通過幾種海洋環(huán)境噪聲模型的對(duì)比與實(shí)用性分析，認(rèn)為噪聲源是分布在海面的偶

2、極子，并且滿足射線傳播模型。雨噪聲具有偶極子方向性，并且頻譜分布與海洋環(huán)境噪聲有相似之處，而雨噪聲與水滴噪聲的關(guān)系是密不可分的。因此本文通過分析水滴聲信號(hào)來研究雨噪聲的形成機(jī)理及特性。
　　對(duì)水滴聲信號(hào)進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)與分析，得到了初始沖擊聲與非初始沖擊聲的幅值分布，波形類型分布，以及各種波形的頻譜。對(duì)非初始沖擊聲出現(xiàn)的時(shí)間和次數(shù)也進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行水滴聲信號(hào)的仿真。通過與實(shí)際多水滴聲信號(hào)的波形和頻譜對(duì)比，表明了仿真

3、聲信號(hào)的有效性。
　　2．散射聲場(chǎng)計(jì)算
　　文中詳細(xì)論述了幾種散射算法的原理與計(jì)算過程。散射聲場(chǎng)的解析解中計(jì)算了球面波聲場(chǎng)中球形目標(biāo)的散射聲場(chǎng)，并據(jù)此給出了表面分布聲源下剛性球的散射聲場(chǎng)。利用波疊加法進(jìn)行了散射聲場(chǎng)計(jì)算，給出了詳細(xì)的求解過程，包括球面波中球形目標(biāo)聲場(chǎng)，平行平面波中柱形目標(biāo)聲場(chǎng)，并與解析解對(duì)比，對(duì)比結(jié)果證明了波疊加法的精確性與有效性。得出了縮進(jìn)率和虛擬源點(diǎn)數(shù)會(huì)影響波疊加法精度這一結(jié)論。根據(jù)柯西霍夫近似對(duì)剛性球和

4、柱體的散射場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算中用到了最陡下降法。結(jié)果包括收發(fā)合置與分置兩種情況。計(jì)算了光滑曲面收發(fā)分置的聲場(chǎng)結(jié)果。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將收發(fā)合置信號(hào)亮點(diǎn)模型拓展至分置目標(biāo)，并利用柱的散射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論。
　　3．聲成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算
　　根據(jù)類光聲成像原理對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)性能指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。推導(dǎo)了點(diǎn)源與平行光下反射器近焦點(diǎn)區(qū)域聲場(chǎng)，得到成像公式。根據(jù)公式分析了實(shí)驗(yàn)用系統(tǒng)性能，包括x-y平面和x-z平面

5、上的強(qiáng)度分布。分析了不同頻率點(diǎn)聲源成像差別。對(duì)聲源偏離光軸的情況進(jìn)行成像?？紤]了對(duì)多點(diǎn)源的分辨能力。頻率較低時(shí)，對(duì)系統(tǒng)等比例放大后可得到較高分辨力。利用光學(xué)近似對(duì)球形目標(biāo)與板形目標(biāo)分別進(jìn)行了成像仿真。根據(jù)波疊加法將目標(biāo)球散射場(chǎng)等效成多點(diǎn)源輻射場(chǎng)，結(jié)合點(diǎn)源成像公式，對(duì)目標(biāo)球進(jìn)行成像仿真。改進(jìn)了成像面，用球面代替平面，增加了離軸目標(biāo)在成像面上的可見性，減少了離軸畸變。
　　4．聲成像實(shí)驗(yàn)實(shí)施
　　利用旋轉(zhuǎn)十字陣代替面陣，放置于反