《粗糙海底界面聲散射特性—Bragg波散射機制研究》是依託中國海洋大學，由彭臨慧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：粗糙海底界面聲散射特性—Bragg波散射機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭臨慧
- 依託單位：中國海洋大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
海底散射函式是淺海混響、目標探測等套用所需要的重要問題。粗糙海底界面是隨機起伏界面，因而多採用統計方法或直接的實驗測量研究其散射截面或散射函式。這樣的研究方法很難給出界面散射的物理機理，從而得到對散射截面特性比較全面的認識和描述。申請者在已經完成的有關粗糙海底界面散射的研究中已經認識和理解到粗糙界面的散射實質上是粗糙界面的不同起伏頻率分量下的Bragg散射波的迭加。本研究將開展對粗糙海底界面的Bragg散射機制及規律研究，通過理論和實驗室實驗研究不同粗糙界面下Bragg散射波的構成、各階波的產生條件極其幅度和散射角度變化與聲波頻率、入射角度、界面起伏高度及水平波長等因素之間的關係。該課題的研究將為得到水聲研究和套用所需要的粗糙海底界面散射函式做出具有實質性突出進展的工作。
結題摘要
本項目的研究目標是通過理論和實驗研究，對Bragg波散射的物理機制進行探究，分析各階Bragg波及其與海底類型、聲波頻率、界面起伏波長、聲波入射角度、散射角度的關係及規律。 起伏海底界面聲散射所使用的理論方法均需要所研究問題滿足Rayleigh假設，對於起伏高度相對較高的界面散射，得不到高階散射Bragg波的準確結果。本項目在界面散射積分方法中引入準周期格林函式，建立了不考慮Rayleigh假設的周期起伏海底界面散射理論模型，該模型可以準確地計算分析各階Bragg波的幅值和角度。實驗研究中地採用合成陣波束形成技術，在小尺度實驗水池中成功實現了起伏海底界面Bragg散射波的測量，同時設計雙陣列測量方法，剝離了直達聲的影響。所測得各階Bragg散射波在散射角度和幅值上與理論結果一致。理論和實驗結果同時都證明了周期起伏海底界面聲散射為Bragg散射波的疊加。 本研究給出高起伏、長周期起伏界面高階Bragg波散射理論結果，包括：（1）當hsinθ/λ<0.1，即界面起伏高度遠小於聲波波長時，界面起伏對聲波散射沒有顯著影響，界面可以近似為平整界面；（2）當Lcosθ/λ＜1，即界面起伏周期長度小於聲波波長水平分量時，界面起伏對聲波散射的影響不顯著；（3）Lcosθ/λ>1，在相同掠射角下，隨著界面起伏高度由小到大的增加，首先出現占散射強度優勢的0階波或正數最高階Bragg波，繼而逐漸出現正數低階次波，以及低階次負數階波及負數階高階次波。（4）在掠射角低於臨界角的情況下，散射Bragg波幅度相對較強，而當掠射角高於臨界角的情況下，由於聲透射的緣故，各階Bragg散射波都相對較弱。（5）存在單階最低負數階波和單階最高正數階波幅值極大而其餘各階波幅值均非常小的散射狀態。 粗糙海底界面起伏通常研究起伏高度比波長小很多的情況，比如用微擾理論研究並解釋實驗結果，在這種情形下，散射波中除Snell反射波外，包含了正數第一階Bragg波和負數第一階Bragg波。對於起伏界面的起伏高度較高的情況，或者起伏界面起伏較緩的情況，高階Bragg波的散射貢獻不容忽略。這些理論及實驗結果研究者之前尚未見到有關報導。本項目實驗及理論結果都清楚地揭示了起伏海底界面的Bragg波散射機制和規律，其中正的最高階波和負數最高階波占散射絕對優勢的結果，給出通常界面散射所不同散射場的異常空間指向性的可能性及機理解釋。
