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基于修正SSA的含气泡海面声散射特性研究
| 论文题名： | 基于修正SSA的含气泡海面声散射特性研究 |
| 关键词： | 声呐探测;含气泡海面;声波散射特性;舰船尾迹 |
| 摘要： | 海洋资源是关系人类发展的重要资源，由于在日常通信中广泛使用的光波和电磁波的衰减率在海洋中很高，在海洋远距离通信、导航和探测中并不适用，唯有声波在海洋介质中衰减较弱，是进行水下探测最为有效的载体，因此，水声技术在军事以及民用方面的应用日益广泛。在实际应用中，海面混响会干扰主动声呐，其存在制约了声呐探测的有效范围，使其探测精度降低，虚警、漏警的概率提高。粗糙海面对声波的散射、风致气泡层与声波的相互作用以及尾流的存在都是形成混响的主要原因。因此，研究含气泡海面对声波的散射并考虑舰船尾迹的影响对声呐技术的发展具有十分重要的意义。 本文将单个气泡看做弹性小球对单个气泡的散射特性进行了研究，并结合HN气泡层模型研究了不考虑气泡间相互作用时含气泡层海面的声速变化以及衰减系数变化，利用小斜率近似方法研究了含气泡层海面的反射损失。论文利用积分方程法和小斜率近似方法对一维和二维粗糙海面声散射特性进行了分析。在此基础上，结合等效介质法对二维小斜率近似方法进行修正，考虑了海面气泡层的作用，实现了含气泡层海面声散射特性的准确仿真。主要研究工作如下: 1.对单个气泡的共振频率、阻尼常数、散射截面、吸收截面和消声截面进行了分析，并结合HN气泡层模型对气泡层的衰减系数、声速和反射损失进行了研究，说明了气泡与声波的相互作用是海面声散射中不可忽略的重要组成部分。 2.简述了积分方程方法和小斜率近似方法的基本理论，并利用两种方法分别从模拟随机粗糙海面和利用海面统计参数两种不同思路对一维粗糙海面的声散射强度进行了详细分析。利用二维小斜率近似方法对二维粗糙海面的声散射特性进行了仿真，分析了散射角、散射方位角、风速以及频率等条件对海面声散射特性的影响。 3.将等效介质法引入小斜率近似方法中形成了修正的小斜率近似方法实现了含气泡海面声散射的准确仿真。修正小斜率近似方法中将含气泡的海水看做一种特殊介质，可获得声波在此介质中传播的有效波数，将有效波数代替纯海水中的声波波数，可得到含气泡层粗糙海面的声散射强度。通过对比仿真数据与实验数据验证了修正算法的正确性，在此基础上分析了散射角、散射方位角、风速以及频率等对含气泡层海面声散射特性的影响。 |
| 作者： | 李英杰 |
| 专业： | 物理学 |
| 导师： | 郭立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安电子科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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