[发明专利]一种基于小波矩阵法检测粗糙面散射声压的方法

说明书

本发明公开了一种基于小波矩阵法检测粗糙面散射声压的方法，包括：获取粗糙面的粗糙程度的统计特征建立粗糙面模型，对其进行离散化，得到平面高度随坐标系变化的函数；然后建立入射波函数，对其进行离散化，得到入射波随坐标变化的离散数据；再根据积分方程及边界条件得到描述散射特性的矩阵；最后利用小波变换的正交性对矩阵进行简化；并利用简化后的矩阵得到粗糙面的散射声压。该方法结合了矩阵法与小波变换的优点，在原有的矩阵法的基础上，利用小波变换大大减小了矩阵的规模，并克服了原有稀疏矩阵带来的求解误差，具有操作简单和节约计算时间的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于小波矩阵法检测粗糙面散射声压的方法，属于超声检测技术领域。

背景技术

声波散射的实际应用非常广泛，例如无损检测，医疗诊断，水声勘探等。声波在散射过程中经常会遇到自然界中的地面、海表面、材料表面等。以上表面都可看做粗糙表面。因此，对于粗糙面的声散射研究极为重要。

对于粗糙面的声散射研究可以分成解析法、近似法和数值法三种。解析法是结合亥姆霍兹方程和边界条件直接对具体情况求解，结果精确，但仅适合用于边界条件规则的声散射情况。当解析解不存在或非常难以求解时，在一定的初始条件和边界条件下，可以计算散射声场的近似解或渐近解。常用方法有几何衍射理论、基尔霍夫近似、Born近似、微扰等，可解决很多无法求得精确解的问题。但这些方法都各有局限性。计算声波散射的数值方法主要包括有限元法、边界元法、时域有限差分法、矩阵法等，数值计算可给出实际问题的近似解。矩阵法利用积分方程与边界条件将声散射问题离散成矩阵方程来求解，当采样点足够大的时候，所求解能很好地逼近真实解，但是随之而来的就是求解的复杂程度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种操作简单，节约时间的基于小波矩阵法检测粗糙面散射声压的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于小波矩阵法检测粗糙面散射声压的方法，包括：

基于粗糙面的粗糙程度的统计特征建立粗糙面模型；

基于粗糙面模型得到粗糙面高度的计算模型；

基于粗糙表高度的计算模型建立粗糙面与散射声压相关的矩阵方程；

基于Harr小波变换对所述矩阵方程进行简化，得到简化方程；

基于所述简化方程计算粗糙面的散射声压。

进一步的，所述基于粗糙面的粗糙程度的统计特征建立粗糙面模型，包括：

采用高斯分布的功率谱密度表征粗糙面的粗糙程度的统计特征：

其中，W(s)为功率谱密度，s为因变量，h_rms是粗糙面的起伏高度的均方差，l是粗糙面相关长度。

进一步的，所述基于粗糙面模型得到粗糙面高度的计算模型，包括：

随机生成均值为0，方差1的独立Gauss随机数向量α_n和β_n，n＝0,1,2,…,2N；

基于随机数向量生成随机复数γ_n：

基于粗糙面模型计算展开系数：

利用离散傅里叶变换计算粗糙面高度：

其中，z_p为采样点p处粗糙面高度，2N+1为粗糙面截断长度上的采样点数，L为粗糙面的截断长度。