舰船尾流中气泡的主动声反射／『散射模型
舰船尾流后向光学检测方法研究
舰船尾流后向光学检测方法研究
彭晓雷;马傲玲;刘翼民
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2016(0)11X
【摘要】舰船在航行过程中会在尾部产生大量的气泡,通过检测气泡可以有效的跟踪船舶。
本文在Monte Carlo模型的基础上研究激光脉冲后向散射特性,并进行后散射信号的特征提取,获得其频域特性。
最后进行仿真实验,通过仿真结果可以看出,通过气泡对信号的后沿位置、时域宽度、峰值大小和位置、能量和形状等的影响,可以有效的检测到气泡,确定出船舶的位置。
【总页数】3页(P133-135)
【关键词】舰船尾流;后向散射;激光脉冲
【作者】彭晓雷;马傲玲;刘翼民
【作者单位】厦门理工学院现代工程训练中心
【正文语种】中文
【中图分类】U665.26A
【相关文献】
1.PCA和ICA的舰船尾流后向散射光信号检测 [J], 万俊;张晓晖;饶炯辉
2.舰船尾流后向散射光信号特征的判识方法 [J], 梁瑞涛;张晓晖;屈武
3.舰船尾流气泡后向光散射特性研究 [J], 王江安;蒋兴舟;马治国;宗思光
4.舰船尾流气泡后向光散射特性研究 [J], 张家利;张建生;文丽
5.舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究 [J], 石晟玮;蒋兴舟;王江安;石敏
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舰船尾流气泡检测系统设计
舰船尾流气泡检测系统设计张冲，袁志勇，张锐，柏广强，李京伦(海军工程大学，武汉 430033)摘要：为了便于进行舰船尾流的测量试验，开展舰船尾流声反射强度随发射声信号频率、时间的变化规律，不同舰船目标尾流的长度、宽度和厚度以及尾流特性等研究，提出了舰船尾流气泡检测系统设计方案，制作了实验样机，并在水池中进行了简单的测试，结果表明：实验样机气泡检测功能正常，可用于实验室水池测量教学实验和湖海试验，对进一步开展尾流自导系统试验研究有重要意义。
关键词：尾流气泡；检测系统；水声换能器；发射声功率尾流自导鱼雷对目标舰船实施探测、跟踪、攻击,是利用舰船航行形成的尾流场与周围水域的物理特性差异[1-4]。
其探测机理决定了它具有很强的抗干扰能力、较远的自导距离和很高的命中概率[5-6]。
目前众多国家和地区已大量装备了此类鱼雷,这都使得尾流自导鱼雷成为当今水面舰船航行安全的最致命威胁。
因此，世界各国竞相加强对尾流特性、尾流自导技术、尾流自导鱼雷和对抗尾流自导鱼雷技术的研究。
我海军装备的尾流自导鱼雷，其技术主要是借鉴俄罗斯声尾流自导技术，目前对舰船尾流的几何特性与目标特性等重要因素的关系不是很清楚。
因此，急需投入一定的人力物力，加强对水面舰船尾流特性的基础性试验，为此提出舰船尾流气泡检测系统设计方案，可以用于实验室水池测量教学实验和湖海试验。
1 尾流气泡检测系统总体设计尾流气泡检测系统分为水下装置、岸上显控装置和电缆。
水下装置由发射机、接收机、信号处理机3个部件组成。
岸上装置包括+27 V、+60 V供电电源、计算机等，检测系统组成如图1所示。
设计实物如图2。
图1 尾流气泡检测系统组成示意图图2 尾流气泡检测系统实物图发射机由DDS信号源及其附带的滤波器、功率放大电路模块、通道选择电路模块、匹配网络和发射换能器这几个模块构成；接收机由接收换能器及其附带的前置放大器、检波积分电路、程控放大电路等模块构成；信号处理机是尾流气泡信号检测及控制整个系统工作的核心组件，由电源电路、A/D转换模块、DSP模块、485接口模块、I/O口驱动芯片、信号灯等组成。
舰船尾流微气泡光偏振特性分析
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ ｅ ｎ ｒ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｅ ｈ ｎ ｉ ｅ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ３ Ｖ０ １ ． ３ １ Ｎｏ ． １
强， 且不同波长入射光和不同直径气泡表现 出不同偏振特征 ， 表明对偏振光退偏效应进行探测携带 信息量大、 容易识别， 这对用偏振光进行舰船尾流探测有着重要意义。
关 键 词： 后 向散射 ， 电磁 波偏振 ， 前 向散 射 ， Ｍｉ ｅ散射 ， 舰 船尾 流
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ２ ；０ ４ ３
文献标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ － ２ ７ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ １ ２ ９ － ０ ５
舰船尾流是舰艇运动时螺旋桨产生的一长条含
大量 气泡 的湍 流 区域 ， 它 主要 由螺 旋 桨 空 化 产 生 的 气泡 所 组 成 。舰 船 尾 流 中 半 径 尺 寸 范 围 在 １ ０～ １ ５ ０ １ ． Ｌ ｍ 的气泡 生存 时 间 达几 十 分 钟 ， 由于 上 升 速 度 较慢 ， 故它 能 在 海水 中 保 留很 长 时 间 。其 光 学 效应
上 的研究 ， 而没进 行 偏 振 特 性 或 散 射后 光 退 偏 效 应
的研究。由于偏振光携带信息量大 、 容易识别 ， 因此
本文基于米氏散射效应 ， 提出了利用气泡散射后退 偏效 应 的不 同 ， 从 而 实 现对 尾 流 气 泡 进 行 测量 。从 单个尾流气 泡经线偏振光散射后偏 振态 的变化人 手， 研究了不 同大小尾流气泡的光散射偏振特性上 的差 别 ， 采 用 不 同入 射 角 、 不 同 波 长 的 偏 振 激 光 ， 从前 向与后 向散 射光偏振 特性 出发对 散射
舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究
文章编号 2097-1842（2023）06-1333-10舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究宗思光1，张 鑫2 *，杨劭鹏1，段子科1，陈 报1（1. 海军工程大学 电子工程学院, 湖北 武汉 430034；2. 海军航空大学 青岛校区, 山东 青岛 266041）摘要：为了提高激光光尾流制导距离和探测信噪比，研究不同距离、不同气泡尺度、不同气泡数密度和不同气泡层厚度的气泡目标的后向散射特性具有重要的理论和应用价值。
采用蒙特卡洛仿真和室内实验研究了前述舰船尾流气泡目标的激光后向散射特性。
结果表明：近距离的气泡要比远距离的气泡更容易被检测到；在气泡数密度为102~108 m −3，气泡层厚度大于0.05 m 时，大尺度和小尺度气泡始终存在回波信号，气泡层厚度小于0.05 m 时无回波信号，此时，气泡层厚度特性对气泡后向散射的影响最大；在气泡数密度为109 m −3，气泡层厚度为0.05 m 以下时，大尺度气泡回波信号脉冲宽度会展宽。
在这种情况下，气泡数密度和尺度特性对气泡后向散射的影响最大。
搭建了水下典型气泡尺度下的激光后向散射测量系统，验证了不同舰船尾流气泡目标特性对激光后向探测系统的影响。
本文研究成果可为舰船尾流激光探测工程提供支撑。
关 键 词：舰船尾流；蒙特卡洛；后向散射；目标特性中图分类号：TN249 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0043Laser backscattering characteristics of ship wake bubble targetZONG Si-guang 1，ZHANG Xin 2 *，YANG Shao-peng 1，DUAN Zi-ke 1，CHEN Bao 1（1. College of Electronic Engineering , Naval University of Engineering , Wuhan 430034, China ；2. Qingdao Branch , Naval Aeronautical University , Qingdao 266041, China ）* Corresponding author ，E-mail : 1714308601@Abstract : In order to improve the laser wake guidance distance and the detection signal-to-noise ratio, it is of great theoretical and practical value to study the backscattering characteristics of bubble targets with differ-ent distances, bubble sizes, bubble number densities, and bubble layer thicknesses. The laser backscattering characteristics of ship wake bubble targets with different distances, scales, numerical densities, and thick-nesses are studied using Monte Carlo simulations and indoor experiments. When the bubble density is 102−108 m −3 and the thickness of the bubble layer is greater than 0.05 m, there is always an echo signal for both large- and small-scale bubbles. When the thickness of the bubble layer is less than 0.05 m, no echo sig-nal is detected. At this situation, the thickness of the bubble layer is the greatest impact factor on the back-ward scattering of bubbles. When the bubble number density is 109 m −3 and the thickness of the bubble layer is below 0.05 m, the pulse width of the large-scale bubble echo signal widens. The number density and scale收稿日期：2023-03-13；修订日期：2023-05-15基金项目：国防科研基金（No. 2019-JCJQ-JJ-056)Supported by the National Defense Foundation of China （No. 2019-JCJQ-JJ-056)第 16 卷 第 6 期中国光学（中英文）Vol. 16 No. 62023年11月Chinese OpticsNov. 2023characteristics of the bubbles have the greatest impact on the backscattering of bubbles. A laser backscatter-ing measurement system at the scale of typical underwater bubbles is built to verify the influence of different ship wake bubble characteristics on the laser backscattering detection system, which can provide support for the ship wake laser detection project.Key words: ship wake；Monte Carlo；backscattering；target characteristics1 引 言为了适应新时代的战争需求，响应科技强军号召，用先进的科学手段，自动化、智能化、高效化探测跟踪舰船变得至关重要。
舰船尾流的激光散射特性
舰船尾流的激光散射特性
刘慧开;杨立;沈良文;张毓芬
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2003(33)4
【摘要】根据Mie散射理论,在认为气泡不相干的情况下,计算了气泡在不同散射方向的散射强度,得出舰船尾流某个横截面上气泡群的光散射特性;计算结果表明气泡群的后向散射增强非常明显;舰船尾流横截面上尾流中心气泡的散射强度远大于尾流边缘处的散射强度,说明利用舰船尾流中气泡与背景海洋中的气泡对光散射的差异来作为鱼雷自导的一种手段是可行的.
【总页数】3页(P265-267)
【作者】刘慧开;杨立;沈良文;张毓芬
【作者单位】海军工程大学三系307教研室,湖北,武汉,430033;海军工程大学三系307教研室,湖北,武汉,430033;海军工程大学三系307教研室,湖北,武
汉,430033;760研究所,辽宁大连,116013
【正文语种】中文
【中图分类】TN247
【相关文献】
1.舰船尾流气泡后向光散射特性研究 [J], 张家利;张建生;文丽
2.舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究 [J], 孙春生;张晓晖;朱东华
3.舰船尾流散射特性的研究 [J], 苏丽萍;任德明;曲彦臣;胡孝勇;钱黎明
4.舰船尾流横截面上的激光散射特性 [J], 刘慧开;杨立;孙丰瑞;张毓芬
5.舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究 [J], 石晟玮;蒋兴舟;王江安;石敏
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舰船尾流声散射和几何特征试验
关键 词 ： 舰船尾流 ； 声散射 ； 几何特征 ； 散射强度
中 图 分 类 号 ：４ ７ ４ 文 献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ：０６７４ （０ ０ ０ －９ ９０ ０ ２ ． Ａ １０ －０ ３ ２ １ ）７０ ０ －６
第３ １卷 第 ７期
２１ ００年 ７月
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Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｒ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ｆＨａ ｂ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉｅ ｓｔ
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ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ —０ ３ ２ １ ． ７ ０ ５ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ．０ ６ ７ ４ ． ０ ０ ０ ． １ ｓ
Ｓ ｕ ｄ ｓ ａ ｔ ｒ ｎ ｎ ｅ ｍ ｅ ｒ ｃ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｓ ｉ ｋ ｓ ｏ ｎ ｃ ｔｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｇ ｏ ｔ ｉ ｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｏ ｈ ｐ ｗａ ｅ
Ｄ ｉｇ ｌ ＭＡ ｈ ｎ —ｈ ｎ Ｃ Ｕ Ｊｎ — ｎ， ｉ Ｚ ｏ ｇ ｃ ｅ ｇ， ＨＥ ｉｎ ｈ ｉ Ｌ ＡＯ Ｘｉｏｍａ ＡＮ Ｔ ａ —ｉ Ｎ Ｊａ — ｕ ， Ｉ ａ — ｎ， ｉｎ ｓ
舰 船 尾 流 声 散 射 和 几 何 特 征 试 验
杜敬林 ， 马忠成 ， 陈建辉 ， 小满 ， 天思 廖 安
（ 大连 测控 技 术 研 究所 ， 宁 大 连 １６ １ ） 辽 １０射 特性和几何特征 ， 采用水平 窄波束 和垂直 多波束 同时基测 量方法 ， 研制 和设计 了舰
舰船远场尾流气泡分布特性的数值模拟
舰船远场尾流气泡分布特性的数值模拟
顾建农;张志宏;张晓晖
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2007(36)8
【摘要】为了了解舰船尾流中气泡的分布特征,为激光探测舰船尾流提供依据,建立了计算热分层环境中舰船远场尾流中气泡数密度分布的数学模型,该模型由抛物化的RaNS方程及气泡输运方程组成,采用k-ε两方程湍流模式.利用该模型数值模拟了舰船尾流中的气泡数密度分布特征、气泡尾流宽度扩展规律,气泡数密度衰减规律,并与实测结果进行了比较,二者定性符合得较好.数值模拟表明舰船尾流中半径为10 ～30μm的气泡存活时间最长,为了确保能在距船尾5 km处还能探测到舰船气泡尾流,其探测的对象应以半径10 ～30μm的气泡为主,并且探测准确度至少应能达到识别出初始截面上气泡数密度的3 %.
【总页数】6页(P1504-1509)
【关键词】气泡;尾流;舰船;数值模拟
【作者】顾建农;张志宏;张晓晖
【作者单位】海军工程大学
【正文语种】中文
【中图分类】O353.4
【相关文献】
1.舰船远场微气泡尾流的退偏特性 [J], 杨郁;张建生
2.舰船气泡尾流特性的数值模拟和实验研究 [J], 陈圣涛;王慧丽;王运鹰;张毓芬;齐异;刘焕英
3.舰船尾流及其气泡数密度分布的数值计算 [J], 朱东华;张晓晖;顾建农;饶炯辉
4.考虑单气泡运动特性的舰船尾流气泡分布研究 [J], 田恒斗;金良安;王涌;迟卫
5.舰船远尾流场气泡特性研究 [J], 马青山;陈亚林;郝保安;刘昆仑;何辰;严冰
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舰船尾流后向散射光信号特征的判识方法
舰船尾流后向散射光信号特征的判识方法梁瑞涛;张晓晖;屈武【摘要】为了自适应获得舰船尾流的有无信息以及距探测器的距离信息,基于海上采用激光探测目标船尾流所获得后向散射光信号的曲线特征,运用极小值筛选法对去噪平滑后的舰船尾流后向散射光信号进行了处理,准确获得了舰船尾流的有无信息以及距探测器的距离信息.同时,研究讨论了海上所测得的信号去噪后,与水体后向散射光信号按照最小均方误差准则进行拟合相减获得的纯尾流后向散射光信号,构造了纯尾流后向散射光信号的简单模型,并通过对其进一步的处理获得了尾流厚度相关信息.这一结果对尾流信息的判识是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)004【总页数】5页(P497-501)【关键词】傅里叶光学与光信号处理;舰船尾流;极小值筛选;后向散射【作者】梁瑞涛;张晓晖;屈武【作者单位】海军工程大学,光信息科学与技术教研室,武汉,430033;海军工程大学,光信息科学与技术教研室,武汉,430033;海军91388部队,湛江,524022【正文语种】中文【中图分类】O438.2引言尾流标注了舰船在水面运动的轨迹，在水面停留几十分钟，其长度可达几千米。
尾流的这一特征为探测、识别和跟踪提供了一种可能。
后向光尾流自导以其抗干扰能力强、作用距离远、命中率高等潜在优点而成为鱼雷非声自导研究领域中的热点问题[1-4]。
后向光尾流自导的核心技术是探测目标船气泡尾流的后向散射光，目标船尾流后向散射光信号中包含了尾流特征的重要信息，如有无尾流信息、距探测器的距离信息和尾流厚度信息，同时，通过进一步深入的处理，可大致获得探测器距离目标舰船的信息以及目标舰船的速度信息等，因此,控制下一步动作的关键在于对舰船尾流后向散射光信号进行识别和判断。
参考文献[5]中运用了矩形窗峰值分析算法。
该算法运用矩形窗口来对回波数据滑动处理，并设置了矩形窗高度和负向峰值阈值两个参量，在同时满足矩形窗口内的最小值小于负向峰值阈值、该最小值与矩形窗口两端数据的差值均小于矩形窗高度时，认定该最小值为负峰所在的极值点。
舰船尾流回波信号建模与仿真
结合表 １中的数据与 图 ｌ的尾 流中气泡分布 曲线 ， 通过 积分建立在 自导工作周期内 ｍ 随时间连续变化 的关系。 气泡 的共振频率 由下式 ：
１ ￣Ｒ ／２ ｒ
由式 （ ） １ 可见 ， 计算 尾流 回波声 压 的重 点是对尾 流散射
Ｊ ‰ ： ：
㈩
（） ５
ｒ
＝
÷ｃ ｔ
（） ９
式中 ，（ 为气泡分布 函数 为空泡谐振频率 为鱼雷 尾 ｎ Ｒ） 流 自导系统工作频率 。６为谐振时气泡 衰减 常数 ：
６一 Ｋ ＝２ ｆＲ ｃ Ｒ ｗ ｏ／
由此可得尾流 回波信号声压公式 ：
（）＝ ２ －ｕ ０ １ ／ ｆ Ｐ ｏ ２ －ｔ
信号的声压采用下式表示：
Ｐ ｌ ： ［ ｂ Ｏ 咖） ， ） ］ （ ） （ ， ６（ ， 螂 ｎ ｓ １
收稿 日期 ：０ ０— —０ ２１ ０ ４ ４
—
修回 日期 ：０ ０—０ ２ １ ６—１ ０
式 中， ０ Ｐ 为距发射阵 ｌ ｍ处沿阵轴 的声压 ， ａ ｒ Ｐ ； 为散 射点与
式 中， Ｐ为大气压 ； Ｔ为摄 氏温度 为驰豫 频率 ＝ １９× ２．
ｌ ０
“ 。代入各参数 ， 计算衰减系数 ＝ ． ｄ ／ ０ １ Ｂ ｍ。
Ｒ ｍ ／
积分【ｂ ，） （，） 为发射器一 接收器组合的 （ 咖ｂ 如
等效束宽 ， 求解 比较复杂 。 因此 ， 本文假设声纳的发射 器和接 收器是无指 向性 的， 即在主极 大范 围内 ｂ＝ｂ ＝１ 主极大 范 ’ ，
表 １ 不同气泡半径 的 Ｕ Ｒ （ Ｊ 值
声速 ｃ的计算考虑到尾流气泡直径 小于波长 ， 又较各 气 泡间距 离小 ， 所以声速不 会 因气 泡 的存 在受 到太大 的影响 ， 采用雷诺公式计算 ：
舰船远尾流场气泡特性研究
舰船远尾流场气泡特性研究马青山;陈亚林;郝保安;刘昆仑;何辰;严冰【摘要】为了深入了解舰船远尾流场的目标特性,以拓展尾流自导鱼雷设计思路,简述了舰船尾流的几何特性,利用Runge-Kutta方法解算描述任意气泡运动状态的微分方程组,得到了不同半径的气泡在30 min内的浮升运动曲线,给出了气泡初始条件与存活时间的函数关系.通过气泡总量的离散表达式拟合出了舰船尾流气泡数密度衰减的过程,计算了气泡尺寸概率密度函数,模拟了尾流场中的气泡尺寸分布.最后得出在当前尾流探测技术下限制尾流自导鱼雷探测距离的主要原因是尾流场中较大尺寸气泡的迅速破裂导致气泡数密度的减小,而不是微小气泡的消亡.【期刊名称】《鱼雷技术》【年(卷),期】2014(022)004【总页数】5页(P311-315)【关键词】尾流特性;气泡运动;气泡存活时间;数密度;尺寸分布【作者】马青山;陈亚林;郝保安;刘昆仑;何辰;严冰【作者单位】中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;水下信息与控制重点实验室,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075【正文语种】中文【中图分类】TJ630;O427.4舰船在航行过程中由于螺旋桨的空化作用以及船体对波浪的破碎, 会在舰船尾部海水中产生大量的气泡, 并且这些气泡会持续存在很长时间, 这就是通常所说的舰船尾流。
舰船尾流具有不可避免、存活时间长、难以模仿等特点[1], 具有重要的军事应用价值, 目前利用尾流进行自导已经成为现代鱼雷反舰的重要手段[2]。
一般把距离舰船3倍船长以外的尾迹区域称为“远程尾迹”区域。
鱼雷尾流自导装置就是在海洋自然背景下, 检测舰船通过后在该海域引起的局部气泡分布变化[3], 研究舰船远尾流场特性对于改善尾流自导鱼雷的自导性能是一个基础工作。
舰船尾流侧向声检测方法
舰船尾流侧向声检测方法
樊书宏;严冰;刘昆仑;康文钰
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】2011(30)6
【摘要】舰船尾流声检测是水下航行体实现自动搜索、跟踪、攻击水面舰艇目标的最有效途径之一,当前工程应用和相关研究主要集中于从尾流下方实施的顶视声尾流检测方法。
为了进一步研究水下航行体新型尾流检测技术,提高尾流自导性能及抗干扰能力,研究了舰船尾流的侧向声散射检测方法。
分析了舰船尾流的几何特性和声特性,进行了实验室模拟尾流的气幕声散射特性研究,并对实际大型舰船目标的尾流进行了侧向声散射检测试验。
试验结果表明,舰船尾流侧向声检测方法可以持续、有效检测到目标舰船的尾流,为水下航行体检测舰船尾流提供了新的可行途径。
该方法为有效跟踪和精确打击水面舰艇目标等提供了重要基础,具有实际工程应用价值。
【总页数】6页(P474-479)
【关键词】水下航行体;舰船尾流;侧向声散射;尾流特性;尾流检测
【作者】樊书宏;严冰;刘昆仑;康文钰
【作者单位】西北工业大学航海工程学院;中国船舶重工集团公司第705研究所【正文语种】中文
【中图分类】TB566
【相关文献】
1.基于高分辨图像声呐的舰船声尾流实测研究 [J], 陈云飞;贾兵;李桂娟;高雷
2.尾流+声自导联合导引对抗水面舰船规避机动 [J], 胡纽;董春凯;李豫川
3.舰船尾流中气泡的主动声反射/散射模型 [J], 张群;王英民
4.多特征融合红外舰船尾流检测方法研究 [J], 邹娜;田金文
5.舰船尾流后向光学检测方法研究 [J], 彭晓雷;马傲玲;刘翼民
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模拟舰船尾流气泡的前向散射
模拟舰船尾流气泡的前向散射
陈焱;孙建鹏;常洋;崔红;张建生
【期刊名称】《西安工业大学学报》
【年(卷),期】2013(033)006
【摘要】为了系统的研究舰船尾流中气泡的激光前向散射特性,本文通过自行设计的试验系统模拟舰船尾流气泡.结合Mie散射理论和水下光散射特性,探讨了气泡幕激光前向散射特性.实验选用波长为632.8 nm的激光,暗室内在不同介质以及不同气泡密度的条件下,测量了气泡幕的激光散射光照度.结果表明散射光照度主要分布在前向0°角附近,散射光与气泡的密度成反比,气泡密度低时外部光照对散射光影响更加明显.
【总页数】5页(P444-448)
【作者】陈焱;孙建鹏;常洋;崔红;张建生
【作者单位】西安工业大学理学院,西安710021;西安工业大学理学院,西安710021;西安工业大学理学院,西安710021;西安工业大学理学院,西安710021;西安工业大学理学院,西安710021
【正文语种】中文
【中图分类】O439
【相关文献】
1.舰船尾流的前向光散射对光束衰减测量的影响 [J], 孙春生;张晓晖;朱东华
2.船舶尾流模拟气泡的前向光散射特性研究 [J], 李能能
3.舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究 [J], 孙春生;张晓晖;朱东华
4.舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究 [J], 石晟玮;蒋兴舟;王江安;石敏
5.基于Mie光散射理论的尾流气泡前向散射光特性研究 [J], 项建胜;何俊华;陈敏;陈良益
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尾流中双气泡声学特性的有限元分析
尾流中双气泡声学特性的有限元分析
张群;王英民
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2012(020)002
【摘要】舰船尾流的声学特性是尾流的主要特性之一,而气泡是形成尾流声学特性的主要原因.通过对尾流单个气泡的主动声学特性分析,建立了气泡的弹性球壳主动声反射/散射特性模型.结合对不同半径气泡声学特性及气泡在尾流中分布的分析,建立了双气泡的结构模型.通过有限元分析模型在周期载荷作用下位移随频率的变化,得到气泡的谐振频率,计算双气泡在主动入射声源作用下的场点分布,得到双气泡的主动声反射/散射特性.
【总页数】4页(P157-160)
【作者】张群;王英民
【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安,710072;西北工业大学航海学院,陕西西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TJ630.34;O427.4;TJ631.5
【相关文献】
1.模拟尾流气泡幕中的气泡率及声速 [J], 张建生;李旭东;陈焱;孙建鹏;刘华成
2.尾流中多气泡模型及有限元分析 [J], 张群;王英民
3.模拟舰船模型气泡尾流的声学特性试验研究 [J], 刘竹青;马琳;陈奕宏;张军;
4.模拟舰船模型气泡尾流的声学特性试验研究 [J], 刘竹青;马琳;陈奕宏;张军
5.尾流中气泡的主动声特性模型及有限元分析 [J], 张群;王英民
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舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析
舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析第一章：绪论1.1 研究背景1.2 研究目的和意义1.3 国内外研究现状1.4 论文主要内容和安排第二章：基础理论2.1 声波散射基本理论2.2 舰船后尾流气泡层的形成机理及其特性2.3 散射相位函数的概念和计算方法第三章：数值模拟方法3.1 近场声场数值模拟方法3.2 求解远场声场的方法3.3 计算散射相位函数的数值方法第四章：结果分析与讨论4.1 舰船尾流气泡层散射相位函数计算结果分析4.2 计算结果与实验结果的对比4.3 散射相位函数与舰船模型尺度的关系4.4 散射相位函数与频率的影响第五章：结论与展望5.1 论文总结5.2 论文工作展望和未来发展趋势5.3 参考文献Ps：该提纲是基于舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析展开的，具体内容可根据实际情况适当调整和拓展。
第一章：绪论1.1 研究背景舰船的后尾流在行驶过程中会形成气泡层，这些气泡会对水下声波的传播和散射产生一定的影响。
因此，研究舰船后尾流气泡层对声波传播的影响，是海洋声学领域中的重要研究课题之一。
在工程应用中，舰船后尾流气泡层的特性对声纳探测、海底地震勘探、水下通信等领域的研究都有着重要的意义。
近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的发展，利用数值模拟的方式研究舰船后尾流气泡层的特性和影响已成为一种有效的方法。
其中，计算尾流散射相位函数是研究的重要内容之一。
散射相位函数是指散射的声波在传播过程中所改变的相位差，其大小和分布情况直接影响到声波的散射强度和方向，因此对于研究声波传播的特性具有重要的意义。
1.2 研究目的和意义本文旨在研究舰船后尾流气泡层散射相位函数的计算与分析，主要包括以下内容：1. 研究舰船后尾流气泡层的形成机理及其特性。
2. 采用数值模拟方法计算舰船尾流气泡层的散射相位函数。
3. 分析散射相位函数与舰船模型尺度、频率等因素之间的关系。
4. 探究舰船尾流气泡层对声波散射和传播的影响。
不同液体中气泡光散射及演化形态
不同液体中气泡光散射及演化形态不同液体中气泡光散射及演化形态：尾流气泡已成为21世纪国防军事的研究热点之一。
由于尾流气泡不仅能被在低空的机载雷达遥感探测识别,还能被在深空中的星载干涉合成孔径雷达探测到,此外,水下装有尾流气泡制导系统的鱼雷也可跟踪识别船舰尾流进而进行打击目标,因此基于探测尾流气泡的新技术具有重要的军事应用价值。
尾流气泡目前有两个研究方向：第一个方向表现在宏观上,在较大的空间范围研究舰船尾流的海面特性,如几何形状及其随时间的演化、海面光谱吸收反射同周围温度信号的关系、尾流的遥感图像系统及目标识别等;第二个研究的方向表现在微观方面,就是在定域空间研究气泡的物理特性,如尾流区中气泡的形状演化、尺度分布、数密度分布、存活时间、上升速度以及光学散射吸收特性等。
两个研究方向都有各自的研究方法、探测手段和应用优势,但是两者相互紧密联系。
气泡的理论和实验的研究可为尾流提供理论基础和实验依据,研究尾流可从较大的空间范围和实际应用领域验证并促进气泡的研究。
本文主要从理论计算和实验测量两种途径,以淡水和盐水为介质,做了两方面的研究工作。
一方面,研究了不同液体中气泡的光散射特性,分析盐水和淡水中气泡幕前向光散射特性;另一方面,通过拍摄水中气泡幕的动态图像,对气泡上升过程的形态演化做了定性的分析。
在理论上,首先根据Mie散射理论计算了单个气泡的光学散射效率、散射相函数和强度分布,对三种不同尺度分布模式的气泡群,用MATLAB编程计算了盐水和淡水气泡群的光散射特性,进一步分析了盐水和淡水前向散射变化比例。
然后在实验测量方面,在暗室中测量不同压强下,模拟尾流气泡幕的前向光散射照度。
通过计算分析有无气泡幕光照度变化和散射光相对比例,提出差值分析可以探测液体中气泡。
理论计算结果表明,对同一尺度分布的气泡群,盐水中气泡前向散射光比淡水中气泡散射光有所增加,最大达到14%,增幅随着散射角增加而减小。
无气泡幕时测量盐水前向光散射比淡水光散射有所增加;有气泡幕时,在实验选择的不同压强条件下,同一种液体中,气泡幕前向平均相对散射增加约10%,然而压强相同时,盐水中气泡幕前向光散射平均照度比淡水增加约5%。
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１ 气泡幕对声波的多体一次散射模型
设在一没有边界的水中充满一定成份的气泡，且 气泡群的体积浓度 ｒ￣ｌ 单位体积 内半径为 Ｒ的单位 Ｎ ， ＜ 半径间隔内的气泡数 目为 ｎ １ （． ｎ
的位置没有确定的规律 ，致使同尺寸气泡群对声波 的 多体多次散射理论不能直接应用到气泡尺寸具有分布
特性 的场合． 鉴于 目前国内在该领域的研究甚少， 并且 不系统． 本文从气泡群的振动特性 、尺寸分布规律入
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图 １ 坐标系及公式 （ ）中的变量意义说明 １
收稿 日期：２０ ．２２ ；修 回日期：２０ －３０ ０ ５１－９ ０ ６０ －１
作者简介：王虹斌 （９ ７） １５＿，男，博士，高级工程师
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当一平面声波入射到气幕介质中时，任何一个气 泡将产生一次散射 ，如气幕中任一点 Ｐ坐标为（ ，Ｏ ｔ ｏ ｏ ，
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、０ ．８ ＮＯ ３ ２ ０ ， ２ ． ０ ６ １
船 舶 工 程 总第 ２ ８卷 ，２０ 年 第 ３期 ０６
水中气泡幕的多体装备研究院，北京 １０ ７ ） ００ ３
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舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型
舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型
冯奇;迟卫
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2010(005)003
【摘要】气泡上浮运动是舰船远程尾迹气泡场特征的重要组成部分.本文首先综合考虑水中气泡上浮与扩散传质这两个相互耦合的因素,构建了能够表征舰船远程尾迹场中气泡上浮运动的数学模型;进而利用该模型计算分析了远程尾迹气泡场气泡数密度的变化情况,计算值与实验结论吻合良好,表明了该模型的正确性与应用价值.【总页数】3页(P27-29)
【作者】冯奇;迟卫
【作者单位】750试验场军事代表室,云南昆明650051;大连舰艇学院航海系,辽宁大连116018
【正文语种】中文
【中图分类】U661.71
【相关文献】
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【 ｙ ｗ ｒ ｓ ｈｐ ｗ ｋ ；ｂ ｂ ｌ；ａｔ ｅａｏ ｓｃ ｒ ｅｔ ｎｓａｔ ｎ ｏ ｅ Ｋｅ ｏ ｄ 】ｓｉ ａ ｅ ｕ ｂｅ ｃ ｖ ｃｕｔ ｅ ｃ ｏ／ ｔ ｒ ｇ ｍ ｄ ｌ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｌ ｉ
１ 引言
舰船尾 流ｎ 指舰船 在航行 过程 中在 其尾部形 成 堤－
Ａｃ ｖ ｏ ｓ ｃ Ｒｅ ｅ ｔ ｎ Ｓ ａ ｔ ｒｎ ｏ ｅ ｆ ｔ ｅ Ｂｕ ｂ ｅ ｉ ｈ ｈ ｐ Ｗ ａ ｅ ｉ ｔ ｅ Ａｃ ｕ ｔ ｆ ｃ ｏ ／ ｃ ｔ ｉ ｇ Ｍ ｄ ｌ ｏ ｈ ｂ ｌ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｉ ｉ ｌ ｉ ｅ ｋ
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特性 的检 测和分 析 ， 可以得到 目标 舰船 的存在及其 相
关信息。声学在水下信号处理领域具有天然的工程
应用优势 ， 对舰 船尾流声 学特性 的研究尤 为重要 。舰
船 的气泡 尾流 具有 独特 的声 学特 性口 尾 流 中 的气 泡 ， 是产生其 声学 的主要原 因 ， 由气 泡群体 现的声学特 性 是舰 船尾 流 噪声 的主 要特 性之 一 。气泡 的声 学特 性
ｆｌ ｗ ｎ ｅｅ ｒｈ ｏ ｈ ｃｉｅ ａ ｏ ｓｉ ｈ ｒｃｅ ｓｉ ｆｍｕ ｉｂ ｂ ｌｓ ａ ｄ ｓｉ ａ ｅ ｉ ａ ｅ ｎ ｔｅｅ ｏｌ ｉｇ ｒｓａｃ ｎ ｔ ｅ ａ ｔ ｃ ｕ ｔ ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｏ ｈ－ ｕ ｂｅ ｎ ｈｐ ｗ ｋ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓ ． ｏ ｖ ｃ ｉ ｃ ｈ
令 界 面 的声压 反 射 系数 为反射 波 与 入射 波 声
Ｏ
图 １ 两种介质分界面处 的声传播
体 现 在 对 不 同 频 率入 射 声 波 的反 射， 射及 吸 收作 散 用［ 主要 由气泡 的谐 振 频率决 定 。尾 流 中气泡 的谐 ３ １ ， 振频率 与气泡 的半径 和所 处水下 的深度有 关 ， 泡直 气 径／ ４ ］ 直 接影 响气 泡尾 流声 学特 性 。海 面表层 内 ， 大小
阶谐振公式分析气泡的声散射作用， 建立尾流中气泡的主动声特性模型。通过分析尾流中气泡的主动声反射／ 散射
模型 ， 为后续的多个气泡及尾流 的主动声反射， 射模 型奠定基础。 散 【 关键词 】舰船尾流 ；气泡 ；主 动声反射／ 散射模 型
【 中图分 类号】Ｔ ５ Ｂ６ 【 文献标识码 】Ａ
水 声 工 程
响圃＠０ 囿 ｝ ， ＠⑥凹ｇ ＠ 匡响 响＠＠０ 响 ， 咖 ＠０ 弛６ ６ ， ６
舰船尾流 中气泡的主动声反射／ 散射模型 ． 技 ． 实 术 用
张 群 ， 英 民 王
（ 西北工业大学 航海 学院， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０ ２
【 要 】用声反射和折射定理分析气泡与水的分界面处入射声波的反射与折射作用， 摘 振动类比电路和气泡的多
的具有特 殊性质 的海水 ， 尾流 区海水 与周 围的海 水相
别 为 ｐｃ Ｐｃ， 据界 面 上声 压 连续 和 界 面法 向拆 ｌ和 ２：根 １
速连 续 的条件 ， 到 满 足条件 的反 射 波Ｐ 、 得 人射 波 Ｐ
及透射波 Ｐ声 压振幅 。
比具 有独 特 的物理 特性 。通过 对舰 船尾 流相 关物 理
ｔ ｅ ｕ ｂ ｅ ｔ ｅ ｃ ｉｅ ｃ ｕ ｔ ｒ ｆ ｃｉ ｎ ｓ ａ ｔｒｎ ｍｏ ｅ ｏ ｔ ｅ ｕ ｂ ｅ ｓ ｃ ｅ ｔ ｄ ｎ ｈ ｓ ｉ ｗａ ｅ Ｔｈ ｈ ｂ ｂ ｌ ， ｈ ａ ｔ ａ ｏ ｓｉ ｖ ｃ ｅ ｅ ｔ ／ｃ ｔ ｉ ｇ ｌ ｏ ｅ ｄ ｌ ｆ ｈ ｂ ｂ ｌ ｉ ｒ ａｅ ｉ ｔ ｅ ｈ ｐ ｋ． ｅ
（ ｏ ｅｅｏ ａ ｎ ，Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏ ｔｃ ｎｃＵ ｉ ｒｉ ，Ｘ ｎ ７ ０ ７ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆＭ ｒ ｅ ｏｔ ｅｔ ｎ Ｐ ｌ ｅｈ ｉ ｎｖ ｓ ｙ ｉａ ０ ２ ｈｎ ） ｌ ｉ ｈ ｅ ｙ ｅ ｔ １
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ｌ： 二 ： 业
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半径为 （．～ ．） １ ｘ １ １ ｘ ０Ｉ ０ ８ ｍ的气泡最具代表性 ， 而这个半
径范 围［ ５ １ 内的气泡谐 振 频率对 声 呐 的工 作影 响最 大 。
压振幅之比， ＝ ｒｐ ； 即 Ｐｍ ｉ透射波与入射波声压振幅 ／ 之比为声压透射系数， 即Ｄ＝ ｔ 由声压振幅表 ｐｐ ／