基于FDTD的水下复杂目标宽带建模方法研究-电子科学与技术、电路与系统专业论文.docx

承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名: 日 期: 摘 要水下声散射特性研究是目前水下声学的一个重要课题,它可以应用于海洋探测、海洋开发、交通导航规避等领域。由于水下目标很复杂,解析方法计算复杂目标的水下声散射已很难完成。时域有限差分法(FDTD)是目前计算水下声散射场的一个重要方法。本文利用时域有限差分法对复杂目标水下声场进行了宽带建模仿真,采用了一种新的网格化方法,改进了边界条件。为水下目标特征参数提取提供了有效的建模方法。本论文主要工作如下:(1)针对宽带入射信号,考虑海水中的声吸收系数对不同频率的声波吸收情况的不同,改进了FDTD迭代公式,使之与频率相关,进而可以应用于宽带入射信号的水下建模仿真。(2)分别利用MUR吸收边界和PML吸收边界条件进行了建模仿真,对比吸收效果,得出匹配层吸收边界条件效果优于一阶MUR吸收边界条件的结论。在海水和目标的分界面处采用了透声界面FDTD公式,使得声波可以透射入目标模型,仿真更接近于实际情况。(3)针对复杂目标的网格化问题,借鉴电磁场中的思路,采用了基于三角面元的复杂目标FDTD网格生成方法,利用3dsMax软件和visualstudio实现了对复杂目标的网格化。(4)近远场变换采用了傅立叶变换法,在单频信号入射,目标散射体为圆球的情况下,利用这一算法从近场推导出远场声压,通过线阵列接收声波,并得到远场阵列中阵元波形图。(5)对多种目标进行了建模仿真。对比了单频信号入射和宽带信号入射的不同散射场以及计算域特定点波形。验证了改进的FDTD方法的有效性。关键词:时域有限差分法,宽带信号,网格化,PML吸收边界条件,复杂目标,近远场变换ABSTRACTThescatteringcharacteristicsofunderwateracousticisanimportanttopicinunderwateracousticsatpresent,itcanbeusedinthefieldofoceanexploration,oceandevelopment,,(FDTD),plextargetunderwateracousticfield,:Forbroadbandincidentsignalofdifferentfrequency,,soundtransmissioninterfaceFDTDformula,whichmakesthesoundwavescanbetransmittedintothetargetmodel,,plextarget,