Modellbildung
Modellierung der
Wellenausbreitung
Um
die Leistungsfähigkeit aktiver und passiver Sensorgruppensysteme
beurteilen und eine problemangepasste Analyse und Verarbeitung der
Sensorgruppensignale durchführen zu können, ist eine physikalische
Modellierung der erzeugten und empfangenen Wellenfelder unerlässlich.
Der physikalischen Modellbildung kommt insbesondere durch den Einsatz
immer leistungsfähigerer Signal-Prozessoren und der damit verbundenen
Realisierbarkeit immer auf- wendigerer Signalverarbeitungsverfahren eine
wachsende Bedeutung zu.
Die Forschungstätigkeiten auf dem
Gebiet der Schallausbreitungsmodellierung bestehen in einer stetigen
Beobach- tung der theoretischen und experimentellen
Forschungsaktivitäten, in einer Beurteilung der Relevanz der neuen
For- schungsergebnisse für die akustische Messtechnik sowie
gegebenenfalls in einer Aktualisierung und Ergänzung der eigenen
Schallausbreitungsmodelle.
Modellierung des
Rückstreuverhaltens von Objekten
Akustische
Abbildungssysteme werden z.B. in der Ozeanographie zur bildlichen
Darstellung des Meeresbodens und der darauf befindlichen Objekte
eingesetzt. Die Qualität solcher bildgebenden akustischen Sensorsysteme
ist stark vom Rückstreuverhalten der interessierenden Objekte im
Vergleich zum Rückstreuverhalten des rauen Meeresbodens abhängig.
Mit
Hilfe des Rückstreumaßes eines Objektes kann dessen Detektierbarkeit a
priori bestimmt werden. Für einfache geometrische Objekte liegen
Formeln zur Berechnung der Rückstreumaße in tabellierter Form vor. Zur
Beurteilung des Rückstreuverhaltens komplexer geometrischer Körper sind
Simulationsmodelle unter Ausnutzung der Boundary Ele- mente Methode (BEM)
bzw. Finiten Elemente Methode (FEM) zu entwickeln, die eine Bestimmung
des Rückstreu- maßes in Abhängigkeit von Frequenz, Bandbreite, Pulsform
und vom Aspektwinkel gestattet.
Modellierung
nichtlinearer Phänomene
Mit
Hilfe sogenannter nichtlinearer Schallquellen ist es möglich,
niederfrequente hochauflösende Abbildungssysteme in kompakter Form
aufzubauen. Eine nichtlineare Schallquelle setzt sich dabei aus einem
Pumpwandler für zwei hochfrequente Primärwellen und einem
Wechselwirkungsbereich, in dem infolge nichtlinearer
Schallausbreitungs- phänomene eine niederfrequente Sekundärwelle entsteht,
zusammen. Die Ausdehnung des Wechselwirkungsberei- ches (Länge und
Breite), die von der Richtcharakteristik und dem Dämpfungskoeffizienten
der Primärwellen abhängt, definiert die Eigenschaften der Sekundärwelle.
Die
Forschungsaufgabe auf dem Gebiet der nichtlinearen Akustik ist es, ein
Modell zu entwickeln, das die Eigen- schaften einer nichtlinearen
Schallquelle (Entstehung und Ausbreitung der Sekundärwelle) so genau
beschreibt, dass es als integraler Bestandteil eines Entwurfswerkzeugs
für nichtlineare Schallquellen Anwendung finden kann.
