CN113593513A - 基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层及其实现方法。所述覆盖层覆盖于待隐身目标的表面,所述覆盖层由多个第一介质板块和多个第二介质板块交错拼接组成;所述第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2满足条件:r1r2=r2;其中r为目标所处空间介质的声阻抗。本发明提供的目标声散射隐身覆盖层对覆盖层介质的外形没有特殊要求,对介质参数的要求宽泛,具有结构简单,声学材料选取便捷,同时不受入射声方位角、工作频率限制的优点,能够实现目标在远场区域的声散射隐身。
Description
技术领域
本发明属于目标声散射隐身技术领域,具体涉及一种基于声阻抗对称介质的目标声散射隐身覆盖层。
背景技术
常规的声隐身技术是在待隐身目标上敷设吸音覆盖层,用于吸收主动声呐的探测声波,从而降低被探测到的几率。目前通常采用吸音空腔或吸音尖劈来实现吸音。吸音空腔是通过空腔结构来改变声波在覆盖层中的传播路径,使得声能量能够更多地被吸收;如申请号为201810263745.5的中国专利文献公开了一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层,其采用多层组合空腔的方式来改善覆盖层的吸声性能。吸音尖劈由尖劈和基座两部分构成,可以使入射于界面的声波在一定频率范围内被完全吸收。申请号为201210130528.1的中国专利文献公开了一种具有共振吸声结构的多层吸声尖劈,其通过改进尖劈结构和多层吸声材料的特性阻抗实现了对截止频率限制的声波的吸收。随着声学探测感知技术向低频、多基地、全方位、多方向探测的发展,传统的基于吸音空腔和吸音尖劈的声隐身技术会受到声源入射角度和工作频率的影响,无法实现宽频吸声,从而面临越来越严峻的挑战。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层,以及实现方法,该隐身覆盖层不受入射声方位角和工作频率限制,能够实现宽频吸声。
技术方案:本发明一方面公开了一种基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层,所述覆盖层覆盖于待隐身目标的表面,所述覆盖层由多个第一介质板块和多个第二介质板块交错拼接组成;所述第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2满足条件:r1r2=r2;其中r为目标所处空间介质的声阻抗。
其中D为隐身区域与目标之间的最小距离;λ为声波在目标所处空间介质中的波长。
所述多个第一介质板块和多个第二介质板块的拼接结构为如下结构中的任一种:正方形网格拼接、矩形条纹拼接、波浪条纹拼接、折线条纹拼接。
另一方面,本发明还公开了上述目标声散射隐身覆盖层的实现方法,包括:
计算目标所处空间介质的声阻抗r;
根据r1r2=r2确定第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2,并确定第一介质和第二介质的材料;
设计多个第一介质板块和多个第二介质板块交错拼接的声散射隐身覆盖层。
第一介质板块和第二介质板块交错拼接的结构满足最大线度小于L。
有益效果:与现有技术相比,本发明公开的基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层对覆盖层介质的外形没有特殊要求,对介质参数的要求宽泛,具有结构简单,声学材料选取便捷,同时不受入射声方位角、工作频率限制的优点;该覆盖层允许在贴近目标的近场区域产生目标散射声,但散射声在覆盖层的远场区域相互抵消,进而实现目标在远场区域的声散射隐身。
附图说明
图1为本发明公开的目标声散射隐身覆盖层结构示意图;
图2为第一介质板块和第二介质板块拼接结构示意图;
图3为第一介质和第二介质均为1块所构成的覆盖层的测试仿真图;
图4为第一介质和第二介质均为8块所构成的覆盖层的测试仿真图;
图5为第一介质和第二介质均为32块所构成的覆盖层的测试仿真图;
图6为实现本发明公开的目标声散射隐身覆盖层的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,进一步阐明本发明。
本发明公开了一种基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层,所述覆盖层覆盖于待隐身目标的表面,所述覆盖层由多个第一介质板块和多个第二介质板块交错拼接组成;所述第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2满足条件:r1r2=r2;其中r为目标所处空间介质的声阻抗。如图1所示,声散射隐身覆盖层中第一介质板块和第二介质板块的拼接结构为正方形网格拼接。图1中,白色网格为第一介质,斜线填充网格为第二介质,两种介质板块均匀且交错分布在目标的表面;第一介质板块和第二介质板块的拼接结构还可以为其他的形式,如图2(a)-(c)中所示的矩形条纹拼接、波浪条纹拼接或折线条纹拼接。
当探测声波到达目标表面时,两种介质均会产生回声,但两种介质产生的回声幅度相同、相位相反;在隐身覆盖层的远场区域,两类介质的回声相互抵消,实现目标散射声隐身的目的;在隐身覆盖层的近场区域会有目标散射声,因此,对于敷设了本发明公开的隐身覆盖层的目标能够实现远场隐身。
隐身覆盖层的远场区域范围由第一介质板块和第二介质板块形成的区域块的最大线度L决定。令D=L2/λ,λ为声波在目标所处空间介质中的波长;与隐身覆盖层距离大于D的范围为远场区域,在此区域内,敷设了隐身覆盖层的目标能够实现声散射隐身,而小于D的区域无法实现声散射隐身,即D为隐身区域与目标之间的最小距离。因此,可以通过调节第一介质板块和第二介质板块形成的区域块的最大线度L的值来调节D的值,从而实现调节隐身区域的范围。
由于目标所处空间介质中声波的波长λ、波速v和声源的频率f存在如下关系:λ=v/f,结合D=L2/λ,可得:D=L2f/v。因此,调节L的值时,兼顾考虑声源频率f,能够在满足要求的隐身区域内实现宽频隐身。
介质的声阻抗r=ρv,其中ρ为介质的密度,v为介质中声波的速度。在通常的应用场景中,待隐身目标可能处于空气、水、或油中,能够较为容易地获取到介质的声阻抗r,进而根据r1r2=r2确定第一介质和第二介质的材料。
对于同一目标,本实施例对第一介质板块和第二介质板块形成的区域块的最大线度L取不同值的情况下对比了隐身效果。本实施例中,第一介质板块和第二介质板块为大小相同的正方形,即拼接结构为正方形网格,拼接后的区域块为矩形,其最大线度L为矩形区域块的对角线。
将待隐身目标采用第一介质和第二介质各一块的覆盖层覆盖,声场测试的仿真结果如图3所示。声波从右侧入射,打到左边的目标上产生向右传播的回波。从侧面观察,图3(a)是当入射声发出时的声场;图3(b)是当目标表面接触入射声波时,产生散射声;图3(c)是目标表面散射声传播较短的一段距离后的声场;由于两种介质各一块,产生2个回波;图3(d)是目标散射声传播较远距离后的声场。
将待隐身目标采用第一介质和第二介质各8块的覆盖层覆盖,声场测试的仿真结果如图4所示,即相对于图3的仿真测试,相当于第一介质和第二介质块的尺寸更小,降低了最大线度L。图4(a)是当入射声发出时的声场;图4(b)是当目标表面接触入射声波时,产生散射声;图4(c)是目标表面散射声传播较短的一段距离后的声场;由于两种介质分布的板块数量增加,回波数量也增加了;图4(d)是目标散射声传播较远距离后的声场,与图3(d)相比,回波强度下降了。
将待隐身目标采用第一介质和第二介质各32块的覆盖层覆盖,声场测试的仿真结果如图5所示,即相对于图4的仿真测试,进一步减小第一介质和第二介质块的尺寸,降低最大线度L。图5(a)是当入射声发出时的声场;图5(b)是当目标表面接触入射声波时的声场,图5(c)是入射声波已到达目标表面的声场;由于第一介质板块和第二介质板块的尺寸很小,拼接后的区域块最大线度L也很小,使得近场区域范围很小,几乎观察不到目标的散射声波,稍后一段时间也观察不到目标的散射声波,声场如图5(d)所示。
通过图3-5的对比,可以得知,第一介质和第二介质板块分布密集时目标声散射隐身效果非常显著,几乎观察不到目标的散射声。证明了本发明公开的的目标声散射隐身覆盖层的有效性。
上述目标声散射隐身覆盖层的实现方法如图6所示,包括:
S1、计算目标所处空间介质的声阻抗r;
S2、根据r1r2=r2确定第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2,并确定第一介质和第二介质的材料;
第一介质板块和第二介质板块交错拼接的结构满足最大线度小于L。
S4、设计多个第一介质板块和第二介质板块交错拼接的声散射隐身覆盖层。
Claims (10)
1.一种基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层,所述覆盖层覆盖于待隐身目标的表面,其特征在于,所述覆盖层由多个第一介质板块和多个第二介质板块交错拼接组成;所述第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2满足条件:r1r2=r2;其中r为目标所处空间介质的声阻抗。
3.根据权利要求1所述的目标声散射隐身覆盖层,其特征在于,所述多个第一介质板块和多个第二介质板块的拼接结构为正方形网格。
4.根据权利要求1所述的目标声散射隐身覆盖层,其特征在于,所述多个第一介质板块和多个第二介质板块的拼接结构为矩形条纹。
5.根据权利要求1所述的目标声散射隐身覆盖层,其特征在于,所述多个第一介质板块和多个第二介质板块的拼接结构为波浪条纹。
6.根据权利要求1所述的目标声散射隐身覆盖层,其特征在于,所述多个第一介质板块和多个第二介质板块的拼接结构为折线条纹。
7.一种基于对称介质表面的目标声散射隐身覆盖层的实现方法,其特征在于,包括:
计算目标所处空间介质的声阻抗r;
根据r1r2=r2确定第一介质的声阻抗r1和第二介质的声阻抗r2,并确定第一介质和第二介质的材料;
设计多个第一介质板块和多个第二介质板块交错拼接的声散射隐身覆盖层。
9.根据权利要求7所述的目标声散射隐身覆盖层的实现方法,其特征在于,所述第一介质和第二介质由正方形网格拼接组成。
10.根据权利要求7所述的目标声散射隐身覆盖层的实现方法,其特征在于,所述多个第一介质板块和多个第二介质板块的拼接结构为如下结构中的任一种:矩形条纹拼接、波浪条纹拼接、折线条纹拼接。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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