[發明專利]一種基于格林函數重構技術的無源材料低頻反射系數測量方法

有效

• 申請號: 201811546415.3
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109490425B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 李建龍;王露露;盛志誠;馬驍晨
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種基于格林函數重構技術的無源材料低頻反射系數測量方法，包括：1)利用時反技術獲得多維馬爾琴科方程中的反射波時反項；2)重構水聽器到試樣表面的散射波格林函數；3)數值時反實現散射波聚焦；4)反射系數測量值的計算。本發明通過時反技術得到多維馬爾琴科方程中的反射波時反項，進而代入簡化后的多維馬爾琴科方程獲得水聽器到試樣表面的散射波格林函數，然后將重構的散射波格林函數與對應水聽器位置的反射波時反項進行卷積并對所有陣元卷積項求和得到散射波在試樣表面的聚焦，本發明可抑制低頻測量中的混響對試樣反射波的干擾，有利于低頻直達波和發射波的分離；壓力罐測量實驗驗證了本發明在低頻水聲無源材料反射系數測量中的有效性。

技術領域

本發明涉及一種水下無源材料大樣低頻反射系數的測量方法。

背景技術

水聲無源材料指敷設在水下部件上的專用功能聲學材料與結構，主要由消聲瓦、隔聲瓦、抑振瓦、去耦瓦、陣列消音器等具有不同聲學功能的系列產品綜合組成的聲學防護體系。水聲無源材料一方面可吸收主動探測聲波，降低水下結構的聲目標強度，另一方面可作為抑制結構自身輻射噪聲的材料。

回聲信號的強弱與目標的反射特性密切相關，它是衡量水聲無源材料吸聲性能的重要指標之一，工程上用“目標強度”來描述目標聲反射本領的大小。

相比于聲管測試，消聲水池的大樣測量可以較好地體現水下無源材料結構的整體吸聲性能，但是由于低頻條件下水池周邊消聲材料的吸聲性能有限，聲波多徑傳播明顯，并且低頻聲波周期較大，混響導致的多徑疊加更加明顯，對測量造成很大的干擾。時間反轉聚焦方法利用時反補償測量環境的多徑，減少界面混響對直達波信號的干擾，提高測量的信混比，從而提高測量精度。但是在實際測量中，為了獲得計算反射系數所需的直達波和反射波，水聽器與測量試樣需要保持一定的距離才能保證直達波和反射波的分離。尤其在低頻測量中，由于信號本身周期較長，為了保證直達波和反射波的可分離，水聽器和測量試樣間的距離將遠遠大于高頻的情況。由于試樣的反射波也會受到波導效應的影響，所以接收到的反射信號將包含大量界面混響，并與直達路徑的反射波疊加，給測量帶來很大干擾。時反方法雖然減少了界面混響對入射波信號的干擾，但是無法解決低頻條件下界面混響對試樣反射波的干擾，嚴重影響了該方法在低頻時的測量性能。

發明內容

為克服現有技術的上述缺點，實現低頻條件下水聲無源材料反射回波和直達波的分離并進行多徑干擾抑制，進一步提高時間反轉聚焦測量方法在低頻條件下測量結果的精度，本發明提出一種基于格林函數重構技術的無源材料低頻反射系數測量方法，該方法通過時反技術得到多維馬爾琴科方程中的反射波時反項，利用多維馬爾琴科方程得到水聽器到試樣表面的散射波格林函數，通過數值時反實現聲波在試樣表面的聚焦，從而減小界面混響對試樣反射波的干擾，達到低頻條件下從界面混響中分離出試樣反射波的目的。該方法適用于低頻段，在有效減小測量誤差、提高測量精度的同時，降低了對實驗設備、試樣尺寸和實驗空間的要求。壓力罐測量實驗驗證了本發明在水聲無源材料回聲降低測量中的有效性。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案如下。

一種基于格林函數重構技術的無源材料低頻反射系數測量方法包括如下步驟：

1)利用時反技術獲得多維馬爾琴科方程中的反射波時反項：在放置試樣的條件下，選擇接收陣上的某一水聽器為聚焦水聽器，各發射換能器依次發射信號并記錄該聚焦水聽器接收到的信號，將接收到的信號時間反轉并由對應的發射換能器同步發射，則水聽器接收到的是時間聚焦信號，截取該時間聚焦信號在聚焦時刻前的波形作為多維馬爾琴科方程中的反射波時反項；

2)重構水聽器到試樣表面的散射波格林函數：將步驟1)中的反射波時反項代入簡化后的多維馬爾琴科方程得到聚焦水聽器到試樣表面的散射波格林函數；