声波探测非金属地雷的谐振机理及其特征参数

基于地雷声顺较大的机械特性以及声-地震耦合原理的声共振技术在非金属地雷的安全可靠探测方面具有潜在的应用前景，但因地雷反共振作用的影响，目前声共振探雷模型的特征参数不足以充分体现地雷的机械特征。本项目基于声波探雷的集中参数系统模型，提出利用共振与反共振机理探测非金属地雷的思想，研究非金属地雷复杂的谐振机理及特征参数等方面的关键问题，主要内容包括：（1）利用频响传递函数的解析方法研究非金属地雷的共振、反共振和多模态共振机理及其对地表振动的影响；（2）针对地表振动信号微弱、复杂等问题，研究提高信噪比的有、无地雷相对值的数据处理方法；（3）通过对有、无地雷地表振动相对值小于1的比值取倒数，研究利用共振与反共振机制的地雷机械特征参数的提取方法；（4）基于阵列式、多通道数据采集等方面的相关实验研究。本项目的研究及成果有望改善目前声共振探雷模型的特征参数，为声波探测非金属地雷的应用提供理论和技术基础。

非金属地雷的安全、可靠探测一直是摆在国际排雷专家面前的技术难题。本项目研究非金属地雷复杂的谐振机理及特征参数等方面的关键问题，主要研究内容及特色成果如下：. 1. 声-地震耦合机理研究：分析了声-地震耦合过程的机理和特性，特别是对地震波的传播速度、衰减特性与主要参数（如：声波频率、土壤孔隙度、流体粘性、渗透率、土壤含水饱和度等）之间的关系，进行了深入研究。. 2. 声波探雷谐振模型的分析方法研究：基于声共振探雷技术的基本原理和低频声学的特点,利用集中参数分析法将“土壤-地雷”系统等效为有阻尼质量-弹簧谐振系统，通过解析法和数值分析的方法对谐振模型进行深入地分析，并通过软件仿真的方法对模型进行定量地分析。. 3. 地雷的机械特征参数以及基于扫描探测技术的地雷识别方法研究：研究了“地表振动强度”这一物理量，用于表征地雷的存在性；利用扫描探测的方法，对无埋藏物、掩埋砖头、掩埋大塑料地雷、掩埋小塑料地雷和掩埋金属地雷等掩埋物情况下进行实验探测，分析了不同地雷类型以及土壤环境对声共振探雷信号的影响。. 4. 声波探测地雷模型的实验研究：搭建实验系统，检测有无地雷埋藏时地表振动信号，验证声波探测地雷的可行性；变换不同的实验条件（如埋藏深度、雷腔等）后，将实验结果与理论数值分析结果进行对比，验证了谐振模型分析方法的可行性。. 基于上述研究内容及成果，培养硕士毕业研究生3名，发表SCI、EI收录论文11篇，申请中国发明专利9项（已授权4项），全面完成了预计任务，为声波探测非金属地雷工程系统的研制提供了理论基础和技术方案。