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反问题的研究起源于二十世纪六十年代Tikhonov的基础性论文.反问题广泛存在于自然科学和实际工程技术各个领域,它具有很广阔的应用前景,如地下勘探、无损探伤、医学CT、地震、声纳等.声波反散射问题是反问题研究领域的一个重要分支.最近二十年来有关声波反散射问题的研究,从理论到方法上虽然取得了很大进展,提出了不少有效的数值方法.但是由于反问题本身所具有的不适定性及应用所具有的复杂性,声波反散射问题的研究与实际应用还有很大距离.
本文对声波反散射问题进行了研究,得到了相对较好的数值反演结果.同时把解决正问题时用到的Nystr(o)m方法应用于其他方面问题的解决,给出了实例.文章分为六个部分:
第一章绪论,简要分析了国内外反问题以及声波反散射问题的研究现状;
第二章Helmholtz方程外问题,由于声波正散射问题可以归结为Helmholtz方程外问题,本章介绍了位势理论与二维Dirichlet外问题的数值方法--Nystr(o)m方法;
第三章声波反散射问题区域反演的一种解法,利用在特殊边界上对总场的Taylor展开对Sound—soft obstacle的边界进行反演;
第四章二维空穴声辐射问题,利用位势理论将该问题转化为第二类边界积分方程的求解,进而用第二章介绍的Nystr(o)m方法求得其数值解,并与解析解比较,证明了该方法具有较高的精度;
第五章椭圆外区域各向异性问题,利用坐标变换及位势理论把该问题转化为Helmholtz方程外问题,借助于Nystr(o)m方法给出了该问题的数值解法,并给出了数值例子,以示该方法的可行性与有效性.
第六章大尺度圆柱墩群上波浪力的数值模型,本章利用水波的绕射问题可转化为二维Helmholtz方程,从而利用Nystr(o)m方法进行求解,最终解得群墩系数并将其与解析解对比,验证了该方法的可靠性.