《水下障礙物聲波探測與識別的拓撲靈敏度方法研究》是依託清華大學，由袁會娜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水下障礙物聲波探測與識別的拓撲靈敏度方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：袁會娜
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水下障礙物如礁石、橋樁、沉船等的探測與識別在海洋探測、航道治理等領域套用十分廣泛。本課題以水下彈性障礙物的聲波探測與識別為目的，擬發展基於擴展拓撲靈敏度概念的非疊代彈性障礙物重建方法。首先針對彈性障礙物的聲波反散射問題，擴展一階和高階拓撲靈敏度的概念並推導相應的公式；然後發展流-固耦合情況下波傳播問題的邊界積分數值計算方法，實現基於拓撲靈敏度概念的彈性障礙物重建；採用數值試驗驗證該方法的有效性，並與理論分析相結合探討該方法的套用範圍和對測量誤差的敏感性；最後進行室內和現場試驗，驗證該方法對真實試驗數據的有效性。本項目的研究成果可突破現有聲波反散射問題求解方法的局限性，在水下探測、地質勘探和醫學成像等領域具有廣泛的套用前景。
結題摘要
水下障礙物的探測與識別在海洋探測、航道治理等領域套用十分廣泛。本項目以水下彈性障礙物的聲波探測與識別為目的，發展了基於擴展拓撲靈敏度概念的彈性障礙物重建方法。（1）將拓撲靈敏度的概念擴展到彈性障礙物的聲波反散射問題，基於邊界積分方程、極限分析和流體力學附加質量公式，推導了彈性障礙物在無粘性流體中引起的聲波散射場的一階漸近行為，得到了拓撲靈敏度的直接和輔助場計算公式；（2）開發了可考慮流-固耦合聲波散射問題的邊界積分數值計算方法，驗證了散射場一階漸近行為公式的正確性，實現了基於拓撲靈敏度的水下障礙物初步重建方法，通過數值試驗驗證了其有效性並分析了入射波頻譜、波源和接收器的布置範圍和間距、障礙物的大小以及彼此之間的距離等因素對重建效果的影響；（3）推導了當聲傳播參考體中包含已知障礙物時的拓撲靈敏度公式，建立了基於疊代的水下物體三維重建方法，數值試驗結果表明經過有限次（低至幾次）疊代該方法就可以顯著提高障礙物幾何重建的精度；（4）採用大型水箱（2.5m*1.8m）中PVC空心圓筒聲波散射試驗的數據初步驗證了所建立的拓撲靈敏度障礙物重建方法的實用性。綜上所述，本項目擴展了拓撲靈敏度的概念，建立了基於拓撲靈敏度和疊代的水下物體三維重建方法，並通過數值試驗和大型水箱試驗驗證了該方法的有效性和實用性，為進一步研發高效、實用的水下物體聲波探測與識別設備奠定了理論和試驗基礎。
