水下弹性球体在Bessel波束下的共振散射研究

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水下目标声散射特性的研究是水声学中的一项重要课题,其主要目的是分析水下目标在入射波作用下的响应特征,从而为实现目标的探测、定位和识别提供理论基础。目前在这方面的大多数研究针对的是入射波为平面波的情况,并且已经有比较成熟的理论体系。Bessel波束作为一种近似的无衍射光束,具有定向性好,传播距离远的特性,其在水声学领域的应用前景广阔。当将Bessel声波束应用于水下目标探测时,波束的相关参数将会对目标的散射特征产生一定影响。Bessel波束作用于简单弹性体时的散射问题是一个崭新的研究方向,本文致力于发展此方面的理论。文中针对水下弹性球和弹性球壳在Bessel波束下的散射,以共振散射理论为基础,从背景散射和弹性共振两方面通过与平面波入射时情况的对比,分析了其特有的散射特征。本文从平面波散射形态函数的PWS公式推导出Bessel波束下各向散射形态函数的计算方法。对于刚体球在Bessel波束下的散射,通过几何分析指出了Bessel波束入射下镜反射波和Franz波干涉所形成的反向散射形函数上的峰峰间隔与波束特征参数β的关系。对于弹性球的散射,采用共振散射理论对每阶分波的弹性散射单独分析,深入研究了β对纯弹性共振的影响,发现通过选取特定的β可以使相应阶分波的弹性散射贡献被消除,从而使在反向散射中对应频率及其附近处的共振得到显著的抑制。在对弹性球壳散射的讨论中,分别分析了a0和s0模式弹性共振散射的特征,发现Bessel波束入射时,不仅存在特定β对某阶分波共振的抑制,还存在对于平面波散射时中频增强现象的普遍抑制。此外,本文还以一阶Bessel波束为例,对高阶Bessel波束的散射进行了简要讨论,重点分析了一阶Bessel波束相对于平面波和零阶Bessel波束,在特定散射角的共振增强现象。本文的工作为推动Bessel波束在水下物体声探测方面的应用有一定的帮助。
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