[發(fā)明專利]有限元聯(lián)合波疊加的淺海波導(dǎo)中散射聲場(chǎng)分離方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011449534.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112415497B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王冉;王曉琳;楊軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S7/539
• 分類號(hào): G01S7/539
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;李彪

本發(fā)明公開了一種有限元聯(lián)合波疊加的淺海波導(dǎo)中散射聲場(chǎng)分離方法及系統(tǒng)，所述方法包括：采用預(yù)先建立的淺海?剛性球?點(diǎn)聲源模型的雙層球面陣列對(duì)聲壓進(jìn)行采樣，得到聲壓數(shù)據(jù)；采用球面波疊加算法對(duì)聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，分離出散射聲場(chǎng)；重建散射聲場(chǎng)，計(jì)算重建誤差對(duì)散射聲場(chǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明提出了一種針對(duì)淺海波導(dǎo)環(huán)境中剛性球散射聲場(chǎng)的分離方法，為解決淺海波導(dǎo)環(huán)境中剛性散射體的散射聲場(chǎng)分離問題提供參考；采用有限元軟件對(duì)淺海波導(dǎo)環(huán)境中剛性球的聲場(chǎng)進(jìn)行仿真，可以準(zhǔn)確、便利地獲取聲場(chǎng)的聲壓值；采用有限元聯(lián)合球面波疊加的算法，可以有效解決淺海波導(dǎo)環(huán)境中剛性球的散射聲場(chǎng)分離問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲場(chǎng)分離領(lǐng)域，具體涉及有限元聯(lián)合波疊加的淺海波導(dǎo)中散射聲場(chǎng)分離方法及系統(tǒng)，主要針對(duì)淺海環(huán)境中剛性球的散射聲場(chǎng)分離問題。

背景技術(shù)

準(zhǔn)確獲取淺海波導(dǎo)環(huán)境中船舶或艦體的散射聲場(chǎng)對(duì)其聲學(xué)特性研究至關(guān)重要。淺海波導(dǎo)中，由于存在海底、海面的反射，聲源激發(fā)出的聲場(chǎng)是一個(gè)典型的混響場(chǎng)。針對(duì)淺海環(huán)境中散射聲場(chǎng)分離的研究甚少。究其原因，一方面是由于散射聲場(chǎng)不能通過原位測(cè)量的方式獲取，相較于輻射聲場(chǎng)的測(cè)量更為復(fù)雜且困難；另一方面則是由于散射聲場(chǎng)與初級(jí)聲場(chǎng)相干，因而分離算法設(shè)計(jì)要難于非相干聲場(chǎng)的分離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決淺海波導(dǎo)環(huán)境中散射聲場(chǎng)的分離問題，提出了一種有限元聯(lián)合波疊加的淺海波導(dǎo)中散射聲場(chǎng)分離方法。同時(shí)，該方法也同樣適用于淺海波導(dǎo)環(huán)境中，不規(guī)則剛性三維散射體結(jié)構(gòu)的散射聲場(chǎng)分離問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種有限元聯(lián)合波疊加的淺海波導(dǎo)中散射聲場(chǎng)分離方法，所述方法包括：

采用預(yù)先建立的淺海-剛性球-點(diǎn)聲源模型的雙層球面陣列對(duì)聲壓進(jìn)行采樣，得到聲壓數(shù)據(jù)；

采用球面波疊加算法對(duì)聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，分離出散射聲場(chǎng)；

重建散射聲場(chǎng)，計(jì)算重建誤差對(duì)散射聲場(chǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述淺海-剛性球-點(diǎn)聲源模型為正方體，設(shè)定海底為正方體的底面，為硬邊界條件，設(shè)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(gè)面為自由輻射邊界，點(diǎn)聲源、剛性球和雙層球面陣列均在正方體內(nèi)，雙層球面陣列包括共圓心且均為圓球形的內(nèi)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(nèi)層陣列半徑，點(diǎn)聲源激發(fā)的散射聲場(chǎng)和邊界反射激發(fā)的散射聲場(chǎng)為剛性球的目標(biāo)散射聲場(chǎng)。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述雙層球面陣列的內(nèi)層陣列和外層陣列的陣元數(shù)均為62。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述采用預(yù)先建立的淺海-剛性球-點(diǎn)聲源模型的雙層球面陣列對(duì)聲壓進(jìn)行采樣，得到聲壓數(shù)據(jù)；具體為：

采用預(yù)先建立的淺海-剛性球-點(diǎn)聲源模型的雙層球面陣列對(duì)聲壓進(jìn)行等角度采樣，采樣間隔為30°，內(nèi)層陣列采集的聲壓數(shù)據(jù)為P₁，外層陣列采集的聲壓數(shù)據(jù)為P₂。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述利用球面波疊加算法，將聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，分離出目標(biāo)散射聲場(chǎng)；具體包括：

將雙層球面陣列采集的聲壓數(shù)據(jù)分解為向內(nèi)匯聚的波和向外擴(kuò)散的波，分別構(gòu)建內(nèi)層陣列向內(nèi)的傳遞矩陣和向外的傳遞矩陣以及外層陣列向內(nèi)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(shù)，