时间反转-逆时偏移混合法用于超声在分层介质和水下波导中目标的探测和定位

By using general acoustic detection methods, due to disturbance of interface,detecting the flaw in layered media and the target in underwater waveguide which have very important applied background would lose the efficiency often. These important applications involve: ultrasonic detection of flaws near interface in layered medium，ultrasonic detection of debonding areas between interfaces and flaws in multilayered medium; acoustic detection of target under sea bottom and active echo ranging in shallow water with bottom reverberation. In order to solving these acoustic detection problems, the project suggests time reversal (TR)-reverse time migration (RTM)mixed method which may eliminate the influence of interface and detect successfully the targets in underwater waveguide and the flaws in layered medium .This project will be carried out by using theoretical analysis , experimental research and data process. In theoretical analysis and data process, both Kirchhoff's ray tracing and cross-correlation methods will be adopted. In experiments, the layered media are divided into three kinds: fluid-fluid, fluid-solid and solid-solid interfaces. And the experiments of underwater waveguide would be in an anechoic water bath which has three types of rigid, absorbed and reverberation bottoms. Physical foundations of solving these important acoustic detection problems will be laid through this project research.

对于分层介质和水下波导，由于存在界面的干扰，一般声学检测方法检测其中的目标或缺陷常常失效。但是这些检测问题有很重要的应用背景。它们包括分层介质中在界面附近的缺陷的超声检测，多层介质中界面脱粘区和缺陷的超声检测，海底下的目标水声探测以及主动声纳对具有混响海底的浅海波导中目标的探测等，为了解决这些问题，本项目提出时间反转和逆时偏移混合方法，它能消除界面的影响，实现分层介质中缺陷和水下波导中目标的检测和定位。本项目将分别从理论分析，实验和数据处理三个方面进行研究。理论分析和数据处理将采用Kirchhoff射线跟踪和互相关两种方法。而实验所用的分层介质界面为流体-流体，流体-固体和固体-固体三类，水下波导实验是在消声水槽中进行的，其底面分别为刚性底，吸收底和混响底三类。通过本项目的研究为这些重要的声学检测问题的解决提供了一定的物理基础。

对于分层介质和水下波导，由于存在界面的干扰，一般声学检测方法检测其中的目标或缺陷常常失效。但是这些检测问题有很重要的应用背景。它们包括分层介质中在界面附近的缺陷的超声检测，界面脱粘区的超声检测，海底下的目标水声探测以及波导中目标缺陷的探测等。为了解决这些问题，本项目提出时间反转和逆时偏移混合方法，它能消除界面的影响，实现分层介质中缺陷和水下波导中目标的检测和定位。本项目分别从理论分析，实验和数据处理三个方面进行研究。理论分析和数据处理是采用时间反转法和逆时偏移混合方法。而实验所用的分层介质界面为流体-流体，固体-流体和固体-固体三类，水下波导实验是在消声水槽中进行的，其底面分别为刚性底，吸收底和混响底三类。实验和处理结果表明：处理得到的目标位置与实际目标放置的位置是相当符合的，这样就达到本题目预定的目标。此外，我们还超出原计划目标之外，取得三项新成果：对多层介质利用此混合方法，实现了其中的目标的检测和定位；实现了在没有介质参数的先验知识条件下的分层介质中目标的检测和定位，克服现有时间反转法不能实现目标的定位的重大缺陷，取得重大的突破。最后还首次实现了频散介质中的RTM成像，即提出了改进的RTM方法，用薄板中频散的弯曲波，实现了板上裂纹的超声成像。通过本项目的研究，为这些重要的声学检测问题提供物理基础，具有重大的应用前景。