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基于联合波叠加法的浅海信道下圆柱壳声辐射研究

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物理学报 2018年第8期67卷 115-128页

作者：商德江钱治文何元安肖妍哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 中国船舶工业系统工程研究院北京100036

针对浅海信道下弹性结构声辐射预报尚无高效可靠的研究方法,提出了一种浅海信道下弹性结构声辐射快速预报的联合波叠加法.该方法结合了浅海信道传输函数、多物理场耦合数值计算法和波叠加法理论,运用该方法可对浅海信道下弹性结构辐射... 详细信息

针对浅海信道下弹性结构声辐射预报尚无高效可靠的研究方法,提出了一种浅海信道下弹性结构声辐射快速预报的联合波叠加法.该方法结合了浅海信道传输函数、多物理场耦合数值计算法和波叠加法理论,运用该方法可对浅海信道下弹性结构辐射声场进行快速预报.经数值法和解析解法验证后,从信道下辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海信道下弹性圆柱壳的声辐射特性,阐释了进行浅海信道下结构声辐射研究的必要性.研究结果表明,仅在低频浅海信道下弹性结构可近似等效为点源,信道上下边界对声场产生显著的耦合影响,高频段的空间声场指向性分布尤为明显,垂直线列阵进行信道下结构辐射声功率测量时,测量结果受到信道环境边界和潜深的影响较大.

关键词：浅海信道弹性圆柱壳联合波叠加法声辐射特性

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三维浅海下圆柱壳声辐射预报方法研究

船舶力学 2019年第10期23卷 1266-1276页

作者：钱治文何元安商德江肖妍史博天津大学海洋科学与技术学院天津300072 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 中国船舶工业系统工程研究院北京100036

本文通过多物理场耦合数值法、波叠加法和浅海波导声传输函数,建立了三维浅海下弹性结构声辐射理论模型,提出了浅海波导下有限长弹性圆柱壳辐射声场预报方法,研究了受周围流体和浅海上下边界耦合作用下的圆柱壳声辐射特性。研究结果表明... 详细信息

本文通过多物理场耦合数值法、波叠加法和浅海波导声传输函数,建立了三维浅海下弹性结构声辐射理论模型,提出了浅海波导下有限长弹性圆柱壳辐射声场预报方法,研究了受周围流体和浅海上下边界耦合作用下的圆柱壳声辐射特性。研究结果表明:浅海下圆柱壳近程声辐射特性受结构尺寸影响较大,其远程声辐射传播规律按柱面波扩展;由于辐射声场受上下界面反射声的干涉作用,在竖直方向上的空间声场出现明显的指向性分布,而在水平方向上,低频段的空间声场为无指向性分布,其辐射声场可等效为点源声场;对于不同的简正波模式,其包含结构声辐射波动细节不同,但各模式下的声辐射曲线整体趋势不变。

关键词：浅海波导弹性圆柱壳耦合计算波叠加法传输函数声辐射特性

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基于四阵元基站的水下航行器自定位方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第3期56卷 252-259页

作者：翟京生王晓健钱治文孙万忠李杰天津大学海洋科学与技术学院天津300072 自然资源部海洋观测技术重点实验室天津300072

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展,自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展,为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求,同时降低其自主定位成本,设... 详细信息

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展,自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展,为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求,同时降低其自主定位成本,设计并实现了一种基于海底四阵元基阵的自定位方法.首先,针对水声信道的复杂性,设计了具有时频特征明显、高峰值功率的声学频率梳信号作为传输信号,仿真实验证明该信号具有可靠的稳定性和抗噪性;其次,结合倒置的超短基线定位原理,设计了布放在已知参考点的四阵元基站,各阵元发出相互正交的声频梳信号,水下航行器在基阵声学作用范围内接收各个阵元混叠的声学频率梳信号,利用匹配滤波法对各信号单程飞行时间进行粗测;最后,针对声学频率梳的时域和频域特性,推导了接收信号与飞行时间的关系,利用相关分析法对各信号单程飞行时间进行精测,进而获取航行器与基站坐标轴阵元的测距和测向结果,结合倒置的超短基线定位方法,实现航行器的位置实时解算.水下实验结果表明,本方法复用率高、可操作性强,水下航行器只需携带单个接收信标即可完成定位计算,进一步降低了成本和系统复杂度.同时,也证明了声频梳信号的高可靠性,可在水下航行器端实现较高的自定位精度.

关键词：四阵元基站水下航行器倒置超短基线自定位声学频率梳

三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法

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物理学报 2019年第2期68卷 145-158页

作者：钱治文商德江孙启航何元安翟京生天津大学海洋科学与技术学院天津300072 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 中国船舶工业系统工程研究院北京100036

利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构... 详细信息

利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构声振信息,并提取深度方向上复声压值作为抛物方程初始值;然后采用隐式差分法求解抛物方程以步进计算结构辐射声场.重点介绍了该方法对浅海下结构声辐射计算的准确性、高效性以及快速收敛性后,对Pekeris波导中有限长弹性圆柱壳的声振特性进行了分析.研究得出,当圆柱壳靠近海面(海底)时,其耦合频率比自由场下的要高(低),当潜深达到一定范围时,与自由场耦合频率基本趋于一致;在低频远场,结构辐射场与同强度点源声场具有一定的等效性,且等效距离随着频率增加而增加;由于辐射声场受结构振动模态、几何尺寸和简正波模式影响,结构辐射场传播的衰减规律按近场声影响区、球面波衰减区、介于球面波和柱面波衰减区、柱面波衰减区四个扩展区依次进行.

关键词：浅海波导弹性圆柱壳有限元-抛物方程法声振特性

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动态啁啾脉冲干涉的快速绝对距离测量

物理学报 2021年第22期70卷 11-18页

作者：徐昕阳赵海涵钱治文刘超翟京生吴翰钟天津大学海洋科学与技术学院天津300072 华中科技大学物理学院精密重力测量国家重大科技基础设施基本物理量测量教育部重点实验室引力与量子物理湖北省重点实验室武汉430074

提出了一种基于动态光学频率梳啁啾脉冲干涉的绝对距离快速测量方法.借助于重复频率的线性扫描,可获取啁啾光谱干涉信号中最宽条纹的动态频率偏移,从而完成被测距离的高精度测量.动态重复频率能够延伸光谱仪探测极限,相应地减小测量盲区... 详细信息

提出了一种基于动态光学频率梳啁啾脉冲干涉的绝对距离快速测量方法.借助于重复频率的线性扫描,可获取啁啾光谱干涉信号中最宽条纹的动态频率偏移,从而完成被测距离的高精度测量.动态重复频率能够延伸光谱仪探测极限,相应地减小测量盲区,并且基于合成波长也使得测量非模糊范围得到极大的拓展.本文测距系统无需重复频率的锁定,能够摆脱对锁相环等复杂应用模式的依赖,在简化系统的同时借助铷钟提供精准时钟参考,从而进一步提高测量精度.此外,电荷耦合器件成像帧速以及重复频率扫描速度的提升可实现干涉信号的快速采集,弥补传统光谱干涉测量以及腔调谐方式在探测速度上的不足.实验结果表明,本文方法单点测距数据更新率为13.5 Hz,相较于参考数值,在20 m的测量范围内,测量不确定度优于27μm,相对精度为1.35×10^(-6).

关键词：绝对距离测量动态光学频率梳啁啾脉冲干涉

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基于飞秒激光的水下声速溯源性高精度测量

激光与光电子学进展 2021年第11期58卷 205-211页

作者：刘超薛彬徐昕阳钱治文魏亚明天津大学海洋科学与技术学院天津300072

传统的海水声速测量方法是基于压电效应发展起来的,该方法在测量飞行时间和飞行距离时,因时间起始点不确定而存在误差,无法实现高精度的声速测量。为了解决此问题,本文提出了一种基于光频梳和超声脉冲之间声光效应的水下声速测量方法,... 详细信息

传统的海水声速测量方法是基于压电效应发展起来的,该方法在测量飞行时间和飞行距离时,因时间起始点不确定而存在误差,无法实现高精度的声速测量。为了解决此问题,本文提出了一种基于光频梳和超声脉冲之间声光效应的水下声速测量方法,同时引入声光效应理论,在声场和激光之间建立清晰的相互作用标识点。通过搭建双迈克耳孙干涉仪系统,测量超声脉冲穿过两个测量臂时产生的光脉冲标记,并分别使用互相关技术测量了超声波传播的时间和距离。该方案溯源清晰,精度提升空间大。实验结果表明,该实验系统可以实现水下声速的高精度测量,测量不确定度为0.023 m/s,有望成为一种用于测量水下声速的新型校准设备。

关键词：测量声光效应光学频率梳脉冲互相关溯源性

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粘弹性海底的浅海声场建模与分析

粘弹性海底的浅海声场建模与分析

Pekeris波导下弹性圆柱壳声辐射特性分析

2016年全国声学学术会议

作者：钱治文商德江哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨工程大学水声工程学院

本文重点考虑了浅海海底的声衰减问题,并把浅海海底模拟为粘弹性介质,利用地声模型参数与界面波阻抗之间的关系,结合信道环境中的点源格林函数,建立了基于简正波法的浅海声场传播理论模型。利用本文的理论模型研究分析了粘弹性参数对浅... 详细信息

本文重点考虑了浅海海底的声衰减问题,并把浅海海底模拟为粘弹性介质,利用地声模型参数与界面波阻抗之间的关系,结合信道环境中的点源格林函数,建立了基于简正波法的浅海声场传播理论模型。利用本文的理论模型研究分析了粘弹性参数对浅海声传播特性的影响,结果表明:粘弹性海底压缩波衰减对近距离声传播的影响比较小,对远距离声传播的影响比较大,海底介质密度的影响作用则相反;压缩波波速和切变波波速对所有声传播距离都有显著影响,切变波衰减的影响基本可以忽略。

关键词：粘弹性海底声衰减简正波格林函数

来源： cnki会议评论

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Pekeris波导下弹性圆柱壳声辐射特性分析

2017中国西部声学学术交流会

作者：钱治文商德江张超哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨工程大学水声工程学院

本文以弹性圆柱壳声辐射为例,建立了Pekeris波导下弹性结构声辐射多物理场耦合模型以及有限元耦合方程,研究分析了潜深、波导界面对结构声辐射特性的影响规律。数值研究结果表明,Pekeris波导下有限长圆柱壳声辐射特性相对于自由场以及... 详细信息

本文以弹性圆柱壳声辐射为例,建立了Pekeris波导下弹性结构声辐射多物理场耦合模型以及有限元耦合方程,研究分析了潜深、波导界面对结构声辐射特性的影响规律。数值研究结果表明,Pekeris波导下有限长圆柱壳声辐射特性相对于自由场以及半空间环境下辐射声场特性差异很大,主要表现为在辐射声压空间分布规律上出现了明显的指向性分布,而且辐射声功率峰值对应频率向高频移动;随着潜深的增加,辐射声压空间分布差异增大,辐射声功率峰值频率向低频偏移,潜深对辐射声功率在高频的影响作用比低频的影响作用大。

关键词： Pekeris波导圆柱壳声辐射特性潜深

来源： cnki会议评论

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浅海信道下弹性结构声辐射特性分析

浅海信道下弹性结构声辐射特性分析