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相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场

黎胜 李婷 刘松

黎胜, 李婷, 刘松. 相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(1): 107-115, 133. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.016
引用本文: 黎胜, 李婷, 刘松. 相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(1): 107-115, 133. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.016
Sheng LI, Ting LI, Song LIU. Phase-conjugate arrays and phase-conjugated fields produced by the arrays[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(1): 107-115, 133. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.016
Citation: Sheng LI, Ting LI, Song LIU. Phase-conjugate arrays and phase-conjugated fields produced by the arrays[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(1): 107-115, 133. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.016

相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.016
基金项目: 

辽宁省教育厅重点实验室基础研究项目 LZ2014004

详细信息
    作者简介:

    黎胜, 男, 1973年生, 博士, 教授, 博士生导师。研究方向:船舶与海洋结构物振动噪声机理、预报与控制。E-mail:shengli@dlut.edu.cn

    通信作者:

    李婷(通信作者), 女, 1985年生, 博士生。研究方向:噪声源识别和定位及声场重构。E-mail:litingyouxiang@sina.com

  • 中图分类号: U666.74

Phase-conjugate arrays and phase-conjugated fields produced by the arrays

知识共享许可协议
相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场黎胜,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要: 相位共轭法可实现声波反向传播和自适应聚焦,用于声源成像。从理论的角度梳理分析基于测量声压使用单极子源(PC/M)、基于测量声压梯度使用偶极子源(PC/D)、基于测量声压和质点速度使用单极子源和偶极子源(PC/P)这3种相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场之间的关系,以及PC/P相位共轭声场与源声场的关系。从倏逝波和传播波角度给出上述3种阵列能否突破衍射极限的理论依据,并基于线列阵进行数值仿真,给出阵与源的距离、阵元间距、阵元偏移对各阵聚焦的影响。结果表明:当阵长一定时,在近距离处PC/D聚焦效果最佳;在阵与源距离较远处,以半波长阵元间距的PC/M聚焦效果最佳。
  • 图  1  互为共轭、传播方向相反的p(r)和p*(r)

    Figure  1.  p(r) and p*(r) are mutually phase-conjugated and spread in the opposite direction

    图  2  阵列示意图

    Figure  2.  The sketch map of array

    图  3  z=0.01λ且阵元间距为λ/2情况下的相位共轭声场

    Figure  3.  Phase-conjugate field of z=0.01λ and λ/2 element spacing

    图  4  z=0.1λ且阵元间距为λ/2情况下的相位共轭声场

    Figure  4.  Phase-conjugate field of z=0.1λ and λ/2 element spacing

    图  5  z=2λ处不同阵元间距相位共轭阵聚焦效果对比

    Figure  5.  Comparison between different element spacing of phase-conjugate array at z=2λ

    图  6  z=5λ且阵元间距为λ/2情况下的相位共轭声场

    Figure  6.  Phase-conjugate field of z=5λ andλ/2 element spacing

    图  7  阵元间距为λ/2情况下的PC/M相位共轭声场

    Figure  7.  PC/M phase-conjugate field of λ/2 element spacing

    图  8  阵元间距为λ/2情况下的PC/D相位共轭声场

    Figure  8.  PC/D phase-conjugate field of λ/2 element spacing

    图  9  阵元间距为λ/2情况下的PC/P相位共轭声场

    Figure  9.  PC/P phase-conjugate field of λ/2element spacing

    图  10  阵元间距为λ/4情况下,50个阵元PC/M相位共轭场

    Figure  10.  PC/M phase-conjugate field of λ/4 element spacing for 50 elements

    图  11  阵元间距为λ情况下的PC/M相位共轭声场

    Figure  11.  PC/M phase-conjugate field of λelement spacing

    图  12  阵元间距为λ,50个阵元PC/M相位共轭场

    Figure  12.  PC/M phase-conjugate field of λelement spacing for 50 elements

    图  13  阵元间距为2λ情况下的PC/M相位共轭声场

    Figure  13.  PC/M phase-conjugate field of 2λ element spacing

    图  14  阵元间距为4λ情况下的PC/M相位共轭声场

    Figure  14.  PC/M phase-conjugate field of 4λ element spacing

    图  15  不同阵元个数的相位共轭阵聚焦效果对比

    Figure  15.  Focusing effect comparison of different element numbers

    图  16  不同阵元间距的相位共轭阵聚焦效果对比

    Figure  16.  Focusing effect comparison of different element spacing

    图  17  相位共轭阵距离点声源不同位置处的聚焦效果对比

    Figure  17.  Focusing effect in comparison of different distances

    表  1  不同距离和不同阵元间距情况下的FWHMs

    Table  1.   FWHM of different distance and different element spacing

    z Array spacing Element number PC/M PC/D PC/P
    0.01λ λ/8 17 0.017 8 0.007 6 -
    λ/4 9 0.017 4 0.007 6 -
    λ/2 5 0.0173 0.007 6 -
    λ 3 0.0174 0.007 6 -
    0.1λ λ/8 17 0.204 0.135 0.298
    λ/4 9 0.174 0.084 0.293
    λ/2 5 0.167 0.083 0.165
    λ 3 0.172 0.083 0.163
    0.2λ λ/8 17 0.241 0.266 0.307
    λ/4 9 0.235 0.243 0.306
    λ/2 5 0.229 0.182 0.246
    λ 3 0.290 0.181 0.262
    2λ λ/8 17 0.637 0.648 0.644
    λ/4 9 0.609 0.623 0.617
    λ/2 5 0.562 0.580 0.573
    λ 3 0.493 0.516 0.506
    λ 5 0.362 0.408 0.386
    5λ λ/8 17 1.468 1.442 1.454
    λ/4 9 1.392 1.371 1.382
    λ/2 5 1.266 1.255 1.262
    λ 3 1.080 1.084 1.086
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    表  2  z=0.2λ处聚焦峰值与实际位置偏差表

    Table  2.   Focusing peak in comparison with the actual position at z=0.2λ

    Δrn Array spacing ΔRs FWHM
    PC/M PC/D PC/P PC/M PC/D PC/P
    0.1 λ 0 0 0 0.36 0.408 0.384
    0.1 λ/2 0 0 0 0.36 0.408 0.384
    1 λ 0 0 0 0.343 2 0.394 8 0.368
    2 λ/2 0.001 2 0.002 0.005 6 0.427 6 0.448 8 0.435 2
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    表  3  z=2λ时,阵元偏移量对相位共轭阵聚焦效果的影响

    Table  3.   Influence of different element deviation on phase-conjugate array focusing effect at z=2λ

    Element number Δrn/m Array spacing ΔRs
    PC/M PC/D PC/P
    5 0.1 λ/4 0.006 4 0.024 8 0.018 8
    5 0.1 λ/2 0.017 6 0.027 2 0.022 4
    5 0.1 λ 0.022 0.024 8 0.025 6
    5 1 λ/2 0.054 0.283 2 0.268 8
    9 0.1 λ/2 0.016 0.024 4 0.019 2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-16
  • 网络出版日期:  2016-12-28
  • 刊出日期:  2017-01-07

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