[发明专利]用于声聚束的复合抛物面的设计方法

说明书

本发明公开了一种用于声聚束的复合抛物面的设计方法，其包括以下步骤：步骤一、反射曲面的参数设计；步骤二、声源布放位置设定，将声源布放于AC处，即构成的复合抛物面的底部，声源的布放位置是一个半径为的圆面；步骤三、反射曲面的辐射声场计算，利用有限元和边界元的方法计算复合抛物面的辐射声场；步骤四、根据辐射声场的计算原理进行仿真研究，并根据仿真结果进行参数修正，完成优化设计。本发明对声音进行聚束，在一定范围内提高声源级，并使得声强在该区域内均匀分布，同时，避免了组阵而导致声源体积过于庞大，不便于使用的缺陷。

技术领域

本发明涉及水声技术领域，特别是涉及一种用于声聚束的复合抛物面的设计方法。

背景技术

由于声音是唯一能在水中远距离传播的有效介质，因此，水下声源是水下技术的必要设备。人们利用水声进行鱼群、水下文物、石油以及天然气等水下资源勘探，通过三维图像声纳实现水中物体的图像化。但当探测声音强度较弱时，容易受到水中的其他干扰，大大降低了检测概率，三维成像效果也较差，为了提高探测的准确率，使得图像更为清晰可见，一般通过提高声源的辐射功率达到该目的，常见的提高声源级的方法是增大功率放大器的放大倍数，但由于水下声源本身的物理结构特性，不能无限的增大功率放大器的放大倍数，因此，只能尽量选取与声源匹配的放大功率来使得声源辐射功率的最大化；另一种常见的方法是通过将多个声源进行组阵，利用阵列的方式来提高声源辐射功率，并使得成阵后的声源具有一定的指向性，为了提高声源级，需要的阵元数较多，阵元数增加，就提高了阵列的指向性，由于目标相对于宽广的水域显得微小，较强的指向性并不容易探测到目标，微小的偏差可能造成目标落到指向性波束的作用区域之外。

由于水声和空气声学具有一定程度的相似性，因此，许多空气声学的技术被引入水声技术中，所以，空气声学中的聚束技术具有一定的参考价值。

在空气声学中，一般采用号筒装置进行声聚束，由此可达到扬声的目的；空气声学中的号筒主要包括锥形、指数线形、双曲线形和抛物线形等形式；目前号筒式声反射在水下并无应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于声聚束的复合抛物面的设计方法，其对声音进行聚束，在一定范围内提高声源级，并使得声强在该区域内均匀分布，同时，避免了组阵而导致声源体积过于庞大，不便于使用的缺陷。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于声聚束的复合抛物面的设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一、反射曲面的参数设计，d₁为出射口口径，d₂为置放声源的口径，点A为抛物面BC的焦点，点C为抛物面AD的焦点，h为复合抛物面的高度，θ_max为一次反射的最大出射角；

反射曲面参数存在下列关系如下式：

复合抛物面的焦距为如下式：P＝d₂(1+sinθ_max)；

复合抛物面的高度为如下式：

在平面坐标系中，复合抛物面在平面上投影对应的曲线方程为如下式：

步骤二、声源布放位置设定，将声源布放于AC处，即构成的复合抛物面的底部，声源的布放位置是一个半径为的圆面；

步骤三、反射曲面的辐射声场计算，利用有限元和边界元的方法计算复合抛物面的辐射声场如下式：

步骤四、根据辐射声场的计算原理进行仿真研究，并根据仿真结果进行参数修正，完成优化设计。

其中，参数x₀、y₀是平面坐标系中O点的横坐标和纵坐标。