基于FDTD的水下復(fù)雜目標(biāo)寬帶建模方法研究.pdf

1、水下聲散射特性研究是目前水下聲學(xué)的一個(gè)重要課題，它可以應(yīng)用于海洋探測(cè)、海洋開(kāi)發(fā)、交通導(dǎo)航規(guī)避等領(lǐng)域。由于水下目標(biāo)很復(fù)雜，解析方法計(jì)算復(fù)雜目標(biāo)的水下聲散射已很難完成。時(shí)域有限差分法（FDTD）是目前計(jì)算水下聲散射場(chǎng)的一個(gè)重要方法。本文利用時(shí)域有限差分法對(duì)復(fù)雜目標(biāo)水下聲場(chǎng)進(jìn)行了寬帶建模仿真，采用了一種新的網(wǎng)格化方法，改進(jìn)了邊界條件。為水下目標(biāo)特征參數(shù)提取提供了有效的建模方法。
　　本論文主要工作如下：
　?。?）針對(duì)寬帶入射信號(hào)

2、，考慮海水中的聲吸收系數(shù)對(duì)不同頻率的聲波吸收情況的不同，改進(jìn)了FDTD迭代公式，使之與頻率相關(guān)，進(jìn)而可以應(yīng)用于寬帶入射信號(hào)的水下建模仿真。
　?。?）分別利用MUR吸收邊界和PML吸收邊界條件進(jìn)行了建模仿真，對(duì)比吸收效果，得出匹配層吸收邊界條件效果優(yōu)于一階 MUR吸收邊界條件的結(jié)論。在海水和目標(biāo)的分界面處采用了透聲界面FDTD公式，使得聲波可以透射入目標(biāo)模型，仿真更接近于實(shí)際情況。
　?。?）針對(duì)復(fù)雜目標(biāo)的網(wǎng)格化問(wèn)題，借鑒電

3、磁場(chǎng)中的思路，采用了基于三角面元的復(fù)雜目標(biāo)FDTD網(wǎng)格生成方法，利用3ds Max軟件和visual studio實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜目標(biāo)的網(wǎng)格化。
　　（4）近遠(yuǎn)場(chǎng)變換采用了傅立葉變換法，在單頻信號(hào)入射，目標(biāo)散射體為圓球的情況下，利用這一算法從近場(chǎng)推導(dǎo)出遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓，通過(guò)線(xiàn)陣列接收聲波，并得到遠(yuǎn)場(chǎng)陣列中陣元波形圖。
　?。?）對(duì)多種目標(biāo)進(jìn)行了建模仿真。對(duì)比了單頻信號(hào)入射和寬帶信號(hào)入射的不同散射場(chǎng)以及計(jì)算域特定點(diǎn)波形。驗(yàn)證了改進(jìn)的FDT