上海交通大学学报 ›› 2022, Vol. 56 ›› Issue (6): 764-771.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.078
收稿日期:
2021-03-11
出版日期:
2022-06-28
发布日期:
2022-07-04
作者简介:
张培珍(1972-),女,教授,山东省胶南市人,研究方向为水中目标声散射与水声信号处理. 电话(Tel.):13360127048;E-mail: 基金资助:
Received:
2021-03-11
Online:
2022-06-28
Published:
2022-07-04
摘要:
解决开式呼吸蛙人所携带的氧气瓶目标强度对目标全体散射的贡献问题,为掌握蛙人的精确特性预报和识别奠定基础.构建非轴对称激励下三维目标的二维有限元轴对称模型,运用声固耦合-频域多物理场接口计算不同方位声波照射目标散射远场的频率特性数值解,解释频率响应共振频率亮条纹产生的原因和估计公式.在线性声学的假设下,将有限元数值解作为系统函数,同带宽线性调频信号为系统输入信号,根据时域卷积定理得到时域回波仿真结果,结合亮点模型和弹性环绕波理论给出距离-角度时域回波的精确预报模型.结果表明: 影响氧气瓶回波强度的主要因素为目标的镜反射和角反射,气瓶阀门和球冠等精细结构产生的附加亮点和环绕波对不同方位散射频率响应特性的影响不可忽略.通过收发合置的湖试实验,验证回波机理和散射指向分布共振频率特性预报的正确性.
中图分类号:
张培珍, 林芳. 开式呼吸蛙人专用氧气瓶声散射特性[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(6): 764-771.
ZHANG Peizhen, LIN Fang. Sound Scattering Characteristics of Oxygen Cylinder for Open Breathing Diver[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2022, 56(6): 764-771.
[1] | DONSKOY D M. Acoustic emission mechanism from scuba diving equipment[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2007, 121(5): 3086. |
[2] | DONSKOY D M, SEDUNOV N A, SEDUNOV A N, et al. Variability of SCUBA diver’s acoustic emission[C]∥Conference on Optics and Photonics in Global Homeland Security. Orlando, Florida, USA: SPIE, 2008. |
[3] | HOLLETT R D, KESSEL R T, PINTO M. At-sea measurements of diver target strengths at 100kHz: Measurement technique and first results[C]∥UDT Conference Preceedings. Hamburg, Germany: UDT-Europe, 2006: 146-152. |
[4] | SARANGAPANI S, MILLER J H, POTTY G R, et al. Measurements and modeling of the target strength of divers[C]∥Europe Oceans 2005. Brest, France: IEEE, 2005. |
[5] | 聂东虎, 乔钢, 朱知萌, 等. 水下蛙人主被动探测实验研究[J]. 声学技术, 2015, 34(4): 300-305. |
NIE Donghu, QIAO Gang, ZHU Zhimeng, et al. Experimental research of passive and active detection for underwater diver[J]. Technical Acoustics, 2015, 34(4): 300-305. | |
[6] | 张波, 马忠成. 蛙人目标强度的水下测量[J]. 声学技术, 2009, 28(5): 303-304. |
ZHANG Bo, MA Zhongcheng. Underwater measurement of target strength of diver[J]. Technical Acoustics, 2009, 28(5): 303-304. | |
[7] | 张波, 刘文章. 蛙人回波建模与实验研究[J]. 应用声学, 2010, 29(4): 313-320. |
ZHANG Bo, LIU Wenzhang. Modeling and experimental study of echo from a diver[J]. Applied Acoustics, 2010, 29(4): 313-320.
doi: 10.1016/0003-682X(90)90013-K URL |
|
[8] | ZAMPOLLI M, JENSEN F, TESEI A. Review of target strength information for waterside security applications[C]∥Proceedings of the 1st Int. Conference on Waterside Security (WSS 2008). Copenhagen, Denmark: IEEE, 2008. |
[9] | HOUSTON B H, CARIN L. Harbor threat detection, classification, and identification[R]. Orlando, Florida, USA: SPIE, 2007. |
[10] | 徐瑜, 倪小清, 夏红梅, 等. 蛙人探测声呐发展现状及关键技术[J]. 舰船电子工程, 2017, 37(3): 1-3. |
XU Yu, NI Xiaoqing, XIA Hongmei, et al. Current status of diver detection sonar and key technologies[J]. Ship Electronic Engineering, 2017, 37(3): 1-3. | |
[11] | 朱知萌, 郭育, 王冠, 等. 水下蛙人呼吸声Mel倒谱特征的实验研究[J]. 声学技术, 2017, 36(3): 286-292. |
ZHU Zhimeng, GUO Yu, WANG Guan, et al. Experimental research on Mel cepstrum feature of the underwater diver breathing-signal[J]. Technical Acoustics, 2017, 36(3): 286-292. | |
[12] |
ZAMPOLLI M, TESEI A, JENSEN F B, et al. A computationally efficient finite element model with perfectly matched layers applied to scattering from axially symmetric objects[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2007, 122(3): 1472.
doi: 10.1121/1.2764471 URL |
[13] | 张培珍, 李秀坤, 范军, 等. 局部固体填充的水中复杂目标声散射计算与实验[J]. 物理学报, 2016, 65(18): 184301. |
ZHANG Peizhen, LI Xiukun, FAN Jun, et al. Acoustic scattering of a complex target with partially solid-filling immersed in water: Numerical simulation and experiment[J]. Acta Physica Sinica, 2016, 65(18): 184301.
doi: 10.7498/aps.65.184301 URL |
|
[14] |
KADUCHAK G, WASSMUTH C M, LOEFFLER C M. Elastic wave contributions in high-resolution acoustic images of fluid-filled, finite cylindrical shells in water[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1996, 100(1): 64-71.
doi: 10.1121/1.415888 URL |
[15] |
BAO X L. Echoes and helical surface waves on a finite elastic cylinder excited by sound pulses in water[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1993, 94(3): 1461-1466.
doi: 10.1121/1.408148 URL |
[16] | 汤渭霖, 陈德智. 水中有限弹性柱的回波结构[J]. 声学学报, 1988, 13(1): 29-37. |
TANG Weilin, CHEN Dezhi. Echo structure of sound scattering by a finite elastic cylinder in water[J]. Acta Acustica, 1988, 13(1): 29-37. | |
[17] |
MORSE S F, MARSTON P L, KADUCHAK G. High-frequency backscattering enhancements by thick finite cylindrical shells in water at oblique incidence: Experiments, interpretation, and calculations[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1998, 103(2): 785-794.
doi: 10.1121/1.421200 URL |
[1] | 张宇, 刘海亭, 翁琳, 沈耀. 环形缺口小冲杆试样结合内聚力模型提取断裂韧性参数[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(7): 850-857. |
[2] | 郑昌隆, 丁晓红, 沈洪, 赵利娟. 基于自适应成长法的舵面结构动力学拓扑优化设计方法研究[J]. 空天防御, 2021, 4(2): 7-. |
[3] | 王峰, 陈佳莉, 陈灯红, 范勇, 李志远, 何卫平. 基于滑动Kriging插值的EFG-SBM求解含侧边界的稳态热传导问题[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(11): 1483-1492. |
[4] | 蒋倩倩,王家序,李俊阳,肖科,唐挺,王成. 双圆弧谐波传动齿廓参数对柔轮应力影响[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(2): 167-175. |
[5] | 叶礼裕, 王超, 郭春雨, 常欣. 集中冰载工况下的桨叶边缘强度校核方法[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(1): 10-19. |
[6] | 杜慧敏,罗震,敖三三,张禹,郝志壮. 5052铝合金电阻点焊电极形状对电极寿命的影响[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(6): 708-712. |
[7] | 刘永财,鲍益东,秦雪娇,刘玉琳,陈文亮. 板料成形快速模拟的中间构形构造方法[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(6): 713-718. |
[8] | 尹雪乐,张文光,唐嘉琪,于谦. 多柄鱼骨状神经电极的微动模拟与优化设计[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(5): 529-534. |
[9] | 张向奎,王洋,王长生,胡平. 基于逆有限元法和网格映射的板材成型坯料优化[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(11): 1389-1394. |
[10] | 闫棣, 苏祺, 李四平. 屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(1): 19-25. |
[11] | 王紫旻,刘奇,顾瑞瑩,王武荣,韦习成. 凹模温度对AZ31B镁合金板材冲压成形性能的影响[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(9): 1092-1097. |
[12] | 陈伟业a,邹天下a,唐鼎a,郭飞鹏a,李大永a, b. 铝箔板材成形极限试验及数值模拟[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(9): 1081-1085. |
[13] | 应宏伟1,沈华伟1,张金红2,朱成伟1. 水位波动条件下盾构极限支护压力半解析研究[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(8): 982-990. |
[14] | 孙双双,武丹,刘冬迪. 内嵌伪弹性形状记忆合金纤维的 复合材料空心梁动态有限元分析[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(7): 845-852. |
[15] | 段力1,高均超1,汪瑞军2,胡铭楷1,苏靖超3 成清清3,张博3,袁涛2. 航空发动机叶片表面热障涂层温度分布的仿真分析[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2017, 51(8): 915-920. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||