Page 36 - 《应用声学》2023年第3期
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第 42 卷 第 3 期                                                                       Vol. 42, No. 3
             2023 年 5 月                          Journal of Applied Acoustics                      May, 2023

             ⋄ 研究报告 ⋄


             有限元/边界元耦合方法在海洋生物目标强度特性


                                                 研究的应用                 ∗



                                 于小涛      1,3  王新良      1,2   张吉昌      1,2   赵宪勇     1,2†


                          (1 中国水产科学研究院黄海水产研究所          农业农村部极地渔业可持续利用重点实验室            青岛   266071)
                                             (2 深蓝渔业工程联合实验室        青岛   266237)
                                    (3 中国科学院声学研究所       声场声信息国家重点实验室        北京   100190)

                摘要：目标强度特性是海洋生物声学识别与资源量评估的重要依据，其中，基于近似几何体和声阻抗特性的
                理论模型法是研究海洋生物目标强度的重要手段。由于对几何形态近似处理以及数值求解方法的限制，传统
                理论模型对声波频率、入射方位以及目标声阻抗、形态尺寸等均有各自不同的适用范围，单一模型难以满足不
                同种类或同一种类但不同尺寸海洋生物的目标强度求解。该文尝试将逐渐见诸应用的有限元/边界元耦合方
                法用于海洋生物目标强度特性研究，分别以球形生物、纺锤形鱼类尾明角灯鱼 (Ceratoscopelus warmingii) 和
                细长形浮游动物南极大磷虾 (Euphausia superba) 为例进行仿真计算，并与相适应的经典理论模型进行对比分
                析。结果表明，对于球形生物，有限元/边界元耦合方法与解析模型的目标强度频响曲线完全吻合；对于纺锤形
                鱼类，有限元/边界元耦合方法可有效弥补基于模态级数解的形变圆柱体模型在中低频和两端入射时的准确
                性问题；对于细长形浮游动物，有限元/边界元耦合方法与畸变波玻恩近似模型高度吻合。综上，有限元/边界
                元耦合方法对多种海洋生物目标强度求解均具有较好的适用性，未来有待进一步结合实验测定进行验证。
                关键词：海洋生物；声散射模型；有限元/边界元；目标强度
                中图法分类号: O427.9; O427.2         文献标识码: A          文章编号: 1000-310X(2023)03-0474-09
                DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2023.03.004



             Application of the coupled FEM/BEM in predicting the acoustic target strength
                                                 of marine organisms

                        YU Xiaotao 1,3  WANG Xinliang  1,2  ZHANG Jichang  1,2  ZHAO Xianyong   1,2

             (1 Key Laboratory of Sustainable Development of Polar Fishery, Ministry of Agriculture and Rural affairs, Yellow Sea Fisheries
                              Research institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, China)
                               (2 Joint Laboratory for Open Sea Fishery Engineering, Qingdao 266237, China)
                  (3 State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)

                 Abstract: The target strength (TS) is critical for the acoustic identification and biomass estimation of marine
                 organisms. According to their morphologies and acoustic impendence, the theoretical acoustic scattering
                 models accompanied with approximate geometry representations are widely used for predicating the TS of fish
                 and zooplankton. However, due to various limitations of different conventional scattering models on acoustic
                 frequency, incident angle, target impedance and morphology requirements, it is usually difficult to predict the


             2022-02-26 收稿; 2022-07-06 定稿
             国家重点研发计划项目 (2019YFD0901401, 2018YFC1406802), 国家自然科学基金项目 (41806047, 41706219), 国家重点基础研究计
             ∗
             划项目 (2014CB441506), 青岛海洋科学与技术试点国家实验室主任基金项目 (QNLM201718)
             作者简介: 于小涛 (1987– ), 男, 山东寿光人, 博士, 研究方向: 海洋声学。
             † 通信作者 E-mail: zhaoxy@ysfri.ac.cn
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