[發(fā)明專利]一種基于小波矩陣法檢測粗糙面散射聲壓的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010579344.8
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111753419B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓慶邦;褚靜;尹琳麗
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F17/14;G06F17/11
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 張賞

本發(fā)明公開了一種基于小波矩陣法檢測粗糙面散射聲壓的方法，包括：獲取粗糙面的粗糙程度的統(tǒng)計(jì)特征建立粗糙面模型，對其進(jìn)行離散化，得到平面高度隨坐標(biāo)系變化的函數(shù)；然后建立入射波函數(shù)，對其進(jìn)行離散化，得到入射波隨坐標(biāo)變化的離散數(shù)據(jù)；再根據(jù)積分方程及邊界條件得到描述散射特性的矩陣；最后利用小波變換的正交性對矩陣進(jìn)行簡化；并利用簡化后的矩陣得到粗糙面的散射聲壓。該方法結(jié)合了矩陣法與小波變換的優(yōu)點(diǎn)，在原有的矩陣法的基礎(chǔ)上，利用小波變換大大減小了矩陣的規(guī)模，并克服了原有稀疏矩陣帶來的求解誤差，具有操作簡單和節(jié)約計(jì)算時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于小波矩陣法檢測粗糙面散射聲壓的方法，屬于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聲波散射的實(shí)際應(yīng)用非常廣泛，例如無損檢測，醫(yī)療診斷，水聲勘探等。聲波在散射過程中經(jīng)常會遇到自然界中的地面、海表面、材料表面等。以上表面都可看做粗糙表面。因此，對于粗糙面的聲散射研究極為重要。

對于粗糙面的聲散射研究可以分成解析法、近似法和數(shù)值法三種。解析法是結(jié)合亥姆霍茲方程和邊界條件直接對具體情況求解，結(jié)果精確，但僅適合用于邊界條件規(guī)則的聲散射情況。當(dāng)解析解不存在或非常難以求解時(shí)，在一定的初始條件和邊界條件下，可以計(jì)算散射聲場的近似解或漸近解。常用方法有幾何衍射理論、基爾霍夫近似、Born近似、微擾等，可解決很多無法求得精確解的問題。但這些方法都各有局限性。計(jì)算聲波散射的數(shù)值方法主要包括有限元法、邊界元法、時(shí)域有限差分法、矩陣法等，數(shù)值計(jì)算可給出實(shí)際問題的近似解。矩陣法利用積分方程與邊界條件將聲散射問題離散成矩陣方程來求解，當(dāng)采樣點(diǎn)足夠大的時(shí)候，所求解能很好地逼近真實(shí)解，但是隨之而來的就是求解的復(fù)雜程度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種操作簡單，節(jié)約時(shí)間的基于小波矩陣法檢測粗糙面散射聲壓的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于小波矩陣法檢測粗糙面散射聲壓的方法，包括：

基于粗糙面的粗糙程度的統(tǒng)計(jì)特征建立粗糙面模型；

基于粗糙面模型得到粗糙面高度的計(jì)算模型；

基于粗糙表高度的計(jì)算模型建立粗糙面與散射聲壓相關(guān)的矩陣方程；

基于Harr小波變換對所述矩陣方程進(jìn)行簡化，得到簡化方程；

基于所述簡化方程計(jì)算粗糙面的散射聲壓。

進(jìn)一步的，所述基于粗糙面的粗糙程度的統(tǒng)計(jì)特征建立粗糙面模型，包括：

采用高斯分布的功率譜密度表征粗糙面的粗糙程度的統(tǒng)計(jì)特征：

其中，W(s)為功率譜密度，s為因變量，h_rms是粗糙面的起伏高度的均方差，l是粗糙面相關(guān)長度。

進(jìn)一步的，所述基于粗糙面模型得到粗糙面高度的計(jì)算模型，包括：

隨機(jī)生成均值為0，方差1的獨(dú)立Gauss隨機(jī)數(shù)向量α_n和β_n，n＝0,1,2,…,2N；

基于隨機(jī)數(shù)向量生成隨機(jī)復(fù)數(shù)γ_n：

基于粗糙面模型計(jì)算展開系數(shù)：

利用離散傅里葉變換計(jì)算粗糙面高度：

其中，z_p為采樣點(diǎn)p處粗糙面高度，2N+1為粗糙面截?cái)嚅L度上的采樣點(diǎn)數(shù)，L為粗糙面的截?cái)嚅L度。