一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法

本发明涉及水中目标声散射领域，具体涉及一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法。

背景技术：

1、随着水下各类航行器如潜艇、uuv面向大潜深环境下的隐身需求时，传统消声覆盖层在高压环境下，结构发生明显变形，性能已大幅下降，急需寻求耐高压新型消声覆盖层。含玻璃微珠非均匀材料具有耐压、高声吸收特性，敷设在大潜深目标表面时，可大幅降低大潜深下主动声呐下航行器目标声目标强度，提高其声隐身能力。但现今，含玻璃微珠这种微粒结构非均匀材料在进行声学性能理论计算和仿真计算面临严峻的问题：内部颗粒多且随机分布；玻璃微珠声学性能未知；实体建模复杂且计算不了。如何能快速评估含不同比例玻璃微珠非均匀材料声学性能，为现今亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，该方法解决原有含玻璃微珠非均匀材料声学性能理论计算和仿真分析的难题，将含有玻璃微珠细小颗粒的非均匀材料等效为均匀材料，获取其等效密度、等效纵横波波速和对应的衰减系数，可满足后续快速评估其声学性能要求。

2、为了达到上述的目的，本发明提供一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，包括步骤如下：

3、步骤一、所述目标为内含玻璃微珠结构的非均匀材料，由玻璃微珠和基底材料组成，基底材料为均匀材料；

4、步骤二、将所述的目标置于水声声管中，通过声管试验获取材料本身复声压反射系数；

5、步骤三、将所述目标获取的复声压反射系数，按照优化步骤进行优化计算；

6、步骤四、所述的按照优化步骤进行优化计算，通过使用弹性介质理论计算迭代过程复声压反射系数；使用优化算法完成整个迭代流程；

7、步骤五、所述的按照优化步骤进行优化计算，通过迭代计算不同密度、纵波波速、纵波衰减、横波波速和横波衰减等效材料参数下的复声压反射系数与优化目标的容差，获取容差收敛下等效声学参数，完成含一定玻璃微珠非均匀材料等效声学参数反演。

8、上述一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其中，所述优化目标为声管试验获得目标复声压反射系数。

9、上述一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其中，所述优化目标，使用的试验获取的目标复声压反射系数与等效模型使用弹性介质理论计算得到复声压反射系数差值表示的

10、

11、其中，v1r,v1i表示目标声管试验获取的表面声压反射系数实部、虚部，在优化步骤三中为输入；表示优化步骤三中等效模型使用分层介质理论计算的复声压反射系数实部、虚部；f为优化步骤三中优化目标函数。

12、上述一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其中，所述等效声学参数包括：等效密度、等效纵波波速、纵波衰减、等效横波波速和横波衰减。

13、本发明为一种针对含一定玻璃微珠填充比例的非均匀材料等效声学参数(等效密度、等效纵波波速、纵波衰减、等效横波波速和横波衰减)反演方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

14、1)所述目标2为填充一定比例玻璃微珠结构的非均匀材料，由玻璃微珠和基底材料组成，基底材料为均匀材料；

15、2)将所述的目标2置于水声声管中1，通过声管试验获取材料本身复声压反射系数；

16、3)将所述目标2获取的复声压反射系数，按照3所示步骤进行优化计算；

17、4)所述的优化计算步骤3，通过使用弹性介质理论计算迭代过程复声压反射系数和透射系数；使用优化算法完成整个迭代流程；

18、5)所述的优化计算步骤3中，通过迭代计算不同材料密度、纵波波速、纵波衰减、横波波速和横波衰减等效材料参数下的复声压反射系数与优化目标(声管试验获得目标2复声压反射系数)的容差，获取容差收敛下等效声学参数，完成含一定玻璃微珠非均匀材料等效声学参数反演。

19、与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：

20、(1)本发明是通过水声声管试验获取内含玻璃微珠非均匀材料的声学性能参数作为材料等效声学参数反演的输入，具有更准确的材料先验信息；

21、(2)本发明使用复声压反射系数和复声压透射系数作为优化目标进行内含玻璃微珠非均匀材料等效材料参数反演，其中包含的相位信息，可获取更为精确的材料反演结果。

技术特征：

1.一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其特征在于，所述优化目标为声管试验获得目标复声压反射系数。

3.如权利要求2所述的一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其特征在于，所述优化目标，使用的试验获取的目标复声压反射系数与等效模型使用弹性介质理论计算得到复声压反射系数差值表示的

4.如权利要求1所述的一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，其特征在于，所述等效声学参数包括：等效密度、等效纵波波速、纵波衰减、等效横波波速和横波衰减。

技术总结
本发明公开了一种针对含玻璃微珠的非均匀材料等效声学参数反演方法，通过水声声管试验方法获取材料表面复声压反射系数，利用弹性介质理论和优化算法，将材料试验获取的复声压反射实部、虚部作为优化迭代目标，密度、纵波波速、纵波衰减、横波波速和横波衰减作为优化变量，获得满足优化容差的材料等效声学参数。本发明是一种针对内部含有微小结构非均匀材料声学参数的获取方法，等效后非均匀材料具有均匀材料属性，便于进行理论计算和仿真使用。

技术研发人员：王斌,范军,赵开琦,周富霖,李明达,何腾蛟,李兵,王文欢
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4