Page 42 - 《应用声学》2023年第3期

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-40 生物声散射研究的适用性，尾明角灯鱼的形态学
参数为本研究团队前期基于 X 射线扫描的实测结
-60
果 [38] ，南极大磷虾的形态学参数和声学参数采用
-80 南极海洋生物资源养护委员会 (CCAMLR) 推荐的
TS/dB 标准 [36] 。基于 FEM/BEM 耦合方法的球形生物声
-100
散射模型与解析模型 TS 的计算结果完全吻合，验
证了 FEM/BEM 耦合模型的可靠性。对于纺锤形
-120 DWBA
FEM-BEM
鱼类的鱼鳔，FEM/BEM 模型既解决了 MB-DCM
-140 模型在中低频段的准确性问题，又弥补了 Ye 低频
10 0 10 1 10 2 10 3
ᮠဋ/kHz 散射模型在高频段时的不足；对于鱼体 (无鳔鱼类)，

图 7 南极大磷虾 TS 的频率响应 FEM/BEM 与 DWBA 模型的仿真结果相近；在倾
Fig. 7 Frequency response of TS for an Euphausia 角变化时，FEM/BEM 和 MB-DCM、DWBA 模型
superba 得到的 TS 峰值和谷值出现在不同角度，且倾角越
大，两者偏差越大 (如图 4 和图 5 所示)。对于细长
-50
形浮游动物，FEM/BEM 与 DWBA 模型的仿真结
DWBA
-60
FEM-BEM 果高度一致。但 DWBA 模型的基础是玻恩近似理
-70 论，仅仅适用于密度和声速与其所处媒介 (周围水
TS/dB -80 体)接近的弱散射目标(如浮游动物)，即目标与周围
水体的密度、声速比接近 1
，不适用于有鳔鱼类
[23]
-90
等含气囊海洋生物的 TS 计算；而 FEM/BEM 耦合
-100
方法可仿真具有不规则形态和不均匀参数的任意
-110
目标 (有鳔鱼类、无鳔鱼类、浮游动物等)，能够更精
-120
-90 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 90 确地模拟生物各部分的声散射，且适用于所有入射
Ϛᝈ/(O) 频率和入射方向。因此，FEM/BEM 耦合方法在具
(a) 38 kHz
有不同复杂形态的海洋生物 TS 仿真研究方面的应
-50
用前景广阔。
DWBA
-60 FEM-BEM
关于 FEM/BEM 与 MB-DCM 模型仿真结果
-70
随倾角增加产生的差异，主要由于 MB-DCM 模
TS/dB -80 型的 TS 表达式是在声波近似垂直入射、目标高长
，当倾角增大时模型
短轴比的假设下推导得到的
[7]
-90
-100 自身的适用性降低；FEM/BEM 和 DWBA 模型理
论上均适用于全入射角度，但两者随倾角增加也产
-110
生一定差异。因此，FEM/BEM 模型在声波端向入
-120
-90 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 90
射时的准确性尚需进一步验证。由于 FEM/BEM
Ϛᝈ/(O)
耦合方法具有可仿真非均匀目标散射的优点，后续
(b) 120 kHz
应用于海洋生物声散射建模时将对目标的形态学
图 8 南极大磷虾 TS 的倾角分布
参数和声学参数作精细测量，充分发挥其可构建更
Fig. 8 TS as a function of angle of incidence for
精准物理模型的优点。对于无其他理论模型可仿真
an Euphausia superba
对比的非均匀目标的散射，需结合实验测量进一步
3 结论与讨论 验证FEM/BEM耦合方法的可靠性。
海洋生物普遍以大量尺寸不一、游泳倾角不同
文中利用国际上已广泛应用的 MB-DCM 和 个体构成的集群形式混合栖息于海洋环境中，因此，
DWBA 散射模型验证 FEM/BEM 耦合方法在海洋 对不同生物集群的分类识别、资源量评估有实际应