基于T-Matrix法的水下刚硬体声散射场的计算及分析

摘要

作为近代声学的一个重要分支，水声学是二次大战期间发展起来的学科。水声学主要研究携有某种信息的声波在水中的产生、传播和接收。随着科学技术的发展和人们对海洋资源需求量的日益增加，海洋开发愈来愈受到关注，水声学也得到了空前的重视。
　　 本文对水下刚硬体进行声散射机理分析和散射场计算进行了研究。先把入射波及散射波的波函数表示成一系列基波函数之和，利用物体的边界条件和不同阶基函数间的正交特性，推导出入射波和散射波的基波系数之间的关系矩阵，从而得到散射场。作为一种主要的数值计算方法，T-Matrix法是被广泛用于水下刚硬体的声波散射场的计算。T-Matrix法是1969年由PC.Waterman首先提出的，这种方法适用于水下各种形状的刚硬体的声散射场的计算，方法实用方便。经过多年的发展，T-Matrix法同时也被应用于电磁散射场的计算。本文在此基础上对该方法进行了进一步的研究。第一章中介绍了研究水声这个课题的来源、目的意义和发展现状。在第二章中主要是介绍法的具体理论推导过程，并将其应用在了回旋椭球体上，最后给出了声压幅值随频率变化的反向散射曲线和随散射方位角变化的曲线。在本章中还介绍了镜反射和绕行波的干涉模型，它的目的是解释散射场声压幅值曲线的物理意义。基于第二章中对法的掌握，第三章针对在对水下细长刚体散射场的计算时遇到的问题进行分析和解决，并给出了结果比较，相应的也画出了水下圆柱体的相关的散射曲线。第四章对水下两个刚硬体的散射场进行了理论公式的推导，对其散射场也给出了一定的计算。最后一部分对整个课题做了总结。