Page 126 - 《应用声学》2023年第4期

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如图 10(c)、图 10(d) 所示，球壳材料属性的改 编码。图 11(a)、图 11(b) 分别为聚乙烯 -橡胶 -聚碳
变使得两者时域回波的弹性回波数量以及波峰面 酸酯 -PVC 球壳与聚乙烯 -聚碳酸酯 -橡胶 -PVC 球
积产生差异，在声学编码上表现为黑色亮条纹的宽 壳的时域弹性回波。为获取足够的编码信息，均选
度、黑色条纹的中心位置以及黑色条纹分布的数量 取按大小排序的第300个峰值为阈值后进行声学编
存在明显的差别。 码，结果如图11(c)、图11(d)所示。
2.5 壳层材料排布顺序对声学编码的影响 如图 11(c)、图 11(d) 所示，两种类型的球壳弹
入射平面波的频率为 50 kHz，改变壳层材料的 性回波波形和幅值受到球壳内层材料排布顺序的
排布顺序，壳材料属性相关参数在 1.2 节已述，见 影响，在声学编码上表现为黑色条纹中心的位置和
表 3，其他条件不变。两种球壳的几何回波幅值远 条纹宽度、以及条纹分布数量差别较为明显，易于
大于弹性回波幅值，故选取弹性波序列进行声学 分辨。

T10 -4 T10 -4
5 5
4 4
3 3
2 2
1 1
0 0
-1 -1
-2 -2
-3 -3
-4 -4
1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 1.44 1.46 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 1.44 1.46
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a)þᐑ˳མ-ൃᑛ-ᐑᇏᦻᦳ-PVCÿုܧᄊ௑۫ڀฉ (b)þᐑ˳མ-ᐑᇏᦻᦳ-ൃᑛ-PVCÿုܧᄊ௑۫ڀฉ

1.34 1.35 1.36 1.37 1.38 1.39 1.40 1.34 1.35 1.36 1.37 1.38 1.39 1.40
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(c)þᐑ˳མ-ൃᑛ-ᐑᇏᦻᦳ-PVCÿᄊܦߦᎄᆊ (d)þᐑ˳མ-ൃᑛ-ᐑᇏᦻᦳ-PVCÿᄊܦߦᎄᆊ
图 11 不同排布顺序的球壳时域回波和声学编码图
Fig. 11 Time domain echo and acoustic coding diagrams of spherical shells with different arrangement sequences
(2) 壳厚度、各层材料属性与层排布顺序等因
3 结论与讨论 素的改变，使得分层弹性球壳的时域回波波形产生
不同的变化，从而形成相应的声学编码。壳厚度主
本文推导了水中 4层弹性球壳目标散射声压的
要影响声学编码的第一条黑色条纹中心位置与宽
简正级数解，通过与有限元仿真结果对比，验证了该 度，各层材料属性与层排布顺序主要影响声学编码
理论的正确性。并基于严格弹性理论计算，提出了 黑色条纹的分布密度与宽度。基于分层弹性球壳多
一种利用分层弹性球壳目标时域回波特征的声学 因素的调整，能够实现不同编码序列，有望实现对水
编码方法，讨论了分层弹性球壳厚度、各层材料属 下目标的身份标识以及航路信息的标定。
性、层排布顺序等因素对声学编码的影响，通过分
析，得到如下结论： 参 考 文 献
(1) 利用水中分层弹性球壳目标高频时域回波
[1] 隋海琛. 深水黑匣子声信标快速搜寻定位方法研究 [J]. 海洋
特征能够实现声学编码，回波结构稳定，且不受限于
测绘, 2019, 39(1): 79–82.
探测方向，具有很好的普适性和稳定性。 Sui Haichen. Research on fast searching and location tech-