三维成像声纳中接收与发射基阵设计研究

论文摘要

随着水下探测和识别的任务日显迫切,对探测系统的要求越来越高,需要它对物体进行细微的形状分辨。水下三维声成像声纳通过获取水下目标的三维声信息,并在此基础上提取出目标的三维切片声图像,实现对探测目标的三维识别和分类,从而完成声视觉的任务。论文利用ANSYS软件对三维成像声纳中的接收和发射基阵进行了分析和设计的研究。主要研究内容为:1.介绍压电换能器的基本理论,其中包括压电陶瓷的内部结构,介电特性,弹性特性,压电特性和压电换能器的工作原理等。2.对接收基阵进行分析设计,确定基元的振动模式,基元的结构尺寸,并对基元进行了力电耦合静力分析、模态分析和谐响应分析,最后对整个基阵进行了谐响应分析。3.分析接收基阵的指向性和增益,并利用Matlab对阵列的指向性和增益进行仿真。4.对发射换能器振子进行设计和分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 成像声纳国内外研究水平与动态
• 1.3 基阵设计指导思想
• 1.3.1 换能器的设计方法
• 1.3.2 ANSYS软件概述
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 换能器设计的理论基础
• 2.1 压电换能器
• 2.2 压电陶瓷的物理性能
• 2.2.1 压电陶瓷的内部结构
• 2.2.2 压电陶瓷的介电特性
• 2.2.3 压电陶瓷的弹性特性
• 2.2.4 压电陶瓷的压电特性
• 2.3 ANSYS软件分析换能器的理论基础
• 2.3.1 ANSYS中的耦合问题
• 2.3.2 压电换能器的有限元分析一般步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 接收基阵的有限元设计
• 3.1 换能器的振动模式和横向边界图形设计
• 3.1.1 振动模式的确定
• 3.1.2 横向边界图形设计
• 3.2 结构尺寸的设计
• 3.2.1 基元的宽度a
• 3.2.2 基元的厚度h
• 3.3 基元宽度的确定
• 3.3.1 谐响应分析简介
• 3.3.2 接收灵敏度
• 3.3.3 ANSYS对几种不同结构的基元分析
• 3.4 ANSYS对已确定基元的分析
• 3.4.1 静力分析
• 3.4.2 模态分析
• 3.4.3 谐响应分析
• 3.5 利用ANSYS对基阵的分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基阵的指向性和阵增益分析
• 4.1 基阵的指向性
• 4.1.1 形成基阵指向性的物理原因
• 4.1.2 线列阵组合平面阵
• 4.2 基阵的增益
• 4.2.1 基阵空间处理增益概述
• 4.2.2 平面阵处理增益的计算
• 4.3 本章小结
• 第5章 发射换能器振子设计
• 5.1 压电振子结构尺寸的设计
• 5.1.1 压电振子厚度的确定
• 5.1.2 压电振子截面尺寸的设计
• 5.1.3 压电振子长度的确定
• 5.2 压电振子在空气中的分析
• 5.3 压电振子流体分析
• 5.3.1 流体模型的构建
• 5.3.2 流体分析结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢