[發明專利]有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法及系統

有效

• 申請號: 202011449534.4
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112415497B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 王冉;王曉琳;楊軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;李彪

1.一種有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法，所述方法包括：

采用預先建立的淺海-剛性球-點聲源模型的雙層球面陣列對聲壓進行采樣，得到聲壓數據；

采用球面波疊加算法對聲壓數據進行分解，分離出散射聲場；

重建散射聲場，計算重建誤差對散射聲場進行評價。

2.根據權利要求1所述的有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法，其特征在于，所述淺海-剛性球-點聲源模型為正方體，設定海底為正方體的底面，為硬邊界條件，設定海面為正方體的頂面，為無限軟邊界條件，正方體的其余四個面為自由輻射邊界，點聲源、剛性球和雙層球面陣列均在正方體內，雙層球面陣列包括共圓心且均為圓球形的內層陣列和外層陣列，雙層球面陣列與剛性球共圓心，剛性球的半徑小于雙層球面陣列的內層陣列半徑，點聲源激發的散射聲場和邊界反射激發的散射聲場為剛性球的目標散射聲場。

3.根據權利要求2所述的有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法，其特征在于，所述雙層球面陣列的內層陣列和外層陣列的陣元數均為62。

4.根據權利要求3所述的有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法，其特征在于，所述采用預先建立的淺海-剛性球-點聲源模型的雙層球面陣列對聲壓進行采樣，得到聲壓數據；具體為：

采用預先建立的淺海-剛性球-點聲源模型的雙層球面陣列對聲壓進行等角度采樣，采樣間隔為30°，內層陣列采集的聲壓數據為P₁，外層陣列采集的聲壓數據為P₂。

5.根據權利要求4所述的有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法，其特征在于，所述利用球面波疊加算法，將聲壓數據進行分解，分離出目標散射聲場；具體包括：

將雙層球面陣列采集的聲壓數據分解為向內匯聚的波和向外擴散的波，分別構建內層陣列向內的傳遞矩陣和向外的傳遞矩陣以及外層陣列向內的傳遞矩陣和向外的傳遞矩陣將P₁和P₂表示為下式：

其中，Q_in和Q_out為待定系數，

其中，i＝1為內層陣列，i＝2為外層陣列，為第一類n階球漢克爾函數，j_n(kr)為n階球貝塞爾函數，為(n,m)階球諧函數，k為波數，r為雙層球面陣列上的測點距原點的距離，θ為方位角，為仰角；

利用外層陣列采集的聲壓數據P₂重建內層陣列采集的聲壓數據P₁，通過最小化重建誤差，求出最優展開項數J；

根據J＝n²+n+m+1，m∈[-n,n]，得到n和m。

6.根據權利要求5所述的有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離方法，其特征在于，所述重建散射聲場，計算重建誤差對散射聲場進行評價；具體包括：

由式(1)求解出待定系數Q_in和Q_out；

根據下式計算得到重建面上的散射聲場P_res：

其中，為重建面上向外的傳遞矩陣；

其中，r_res為重建面上點距原點的距離，θ_res為重建面上點的方位角，為重建面上點的仰角；

根據下式計算重建誤差err為：

其中，P_th為重建面上散射聲場的理論值為：

其中，P_t為總聲壓，P_i為入射聲壓；

由重建誤差err對散射聲場進行評價。

7.一種有限元聯合波疊加的淺海波導中散射聲場分離系統，其特征在于，所述系統包括：淺海-剛性球-點聲源模型、聲壓采樣模塊、散射聲場分離模塊和重建及評價模塊；其中，

所述聲壓采樣模塊，用于采用預先建立的淺海-剛性球-點聲源模型的雙層球面陣列對聲壓進行采樣，得到聲壓數據；

所述散射聲場分離模塊，用于采用球面波疊加算法對聲壓數據進行分解，分離出散射聲場；

所述重建及評價模塊，用于重建散射聲場，計算重建誤差對散射聲場進行評價。