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浅海环境中用于目标深度属性判别的线谱起伏特征量分析

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物理学报 2024年第13期73卷 175-189页

作者：邓玉鑫刘雄厚杨益新西北工业大学航海学院西安710072 陕西省水下信息技术重点实验室西安710072

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出... 详细信息

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出发,采用微分方法与统计方法对线谱起伏规律进行分析,研究了线谱起伏产生的物理机理,得到了适合用于水面、水下目标深度属性判别的物理量.首先,分别推导了复声压实部、声功率与声压幅值关于声源深度的导数关系式,得到了以上三种物理量在声源深度起伏时的起伏大小;其次,利用仿真实验数据从接收深度、声源水平距离、线谱频率等层面对理论推导进行验证,并对线谱的归一化起伏特征进行了分析.最后,利用海试数据验证了相关结论.结果表明,当声源的深度起伏时,水面、水下线谱的起伏差异源自各阶模态的相互作用.声源频率、声源水平距离、接收深度三种因素决定了模态间相互作用的性质.声压幅值适用于构建目标深度属性判别特征量,可用于表征低频线谱的强度起伏差异.数值仿真和海试数据处理结果表明,相较于声压实部和声功率,利用声压幅值构建的归一化水面、水下目标深度属性判别特征量具有更优性能.

关键词：线谱起伏深度属性判别浅海环境简正波

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结构声源浅海辐射声场计算及特性研究

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：王佳张揽月胡博吴迪胡雪茹哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨工程大学水声工程学院

针对浅海环境影响噪声测量准确性的问题，开展水下航行器类结构声源在浅海环境下辐射声场计算及特性研究。首先基于联合有限元等效源法与声传播模型相结合的方法建立结构声源在浅海环境下辐射声场计算模型，对该模型进行改进以提升计算... 详细信息

针对浅海环境影响噪声测量准确性的问题，开展水下航行器类结构声源在浅海环境下辐射声场计算及特性研究。首先基于联合有限元等效源法与声传播模型相结合的方法建立结构声源在浅海环境下辐射声场计算模型，对该模型进行改进以提升计算效率，并对其有效性进行验证。分析声源频率、海水深度、潜深及声速剖面等因素对结构声源与点源辐射声场的影响。结果表明：在近距离处，结构声源的辐射声场与点源相比更为复杂，但随着距离的增加，二者有一定的相似性。声源在高频段的辐射声场相较低频段更为复杂。随着声源与界面距离的增加，在近距离处的声场分布接近于自由场中的声场分布。声速剖面在近距离处对声场影响较小，但随着距离的增加影响逐渐增大。

关键词：波导结构有限元法等效源法射线声学简正波声场特性声传播

基于简正波和波叠加法的水下非自由声场重建技术仿真研究

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兵工学报 2018年第2期39卷 338-344页

作者：周思同何琳帅长庚杨家轩海军工程大学船舶振动噪声重点实验室湖北武汉430033

为了解决大型结构体声场重建过程中需要大面积的测点布放难题,提出一种可利用水平直线阵进行声场重建的计算方法。该方法通过结构体表面振速确定直线和圆形虚拟源分布,然后利用波叠加法进行声场重建。在此基础上,通过插值迭代法提高少... 详细信息

为了解决大型结构体声场重建过程中需要大面积的测点布放难题,提出一种可利用水平直线阵进行声场重建的计算方法。该方法通过结构体表面振速确定直线和圆形虚拟源分布,然后利用波叠加法进行声场重建。在此基础上,通过插值迭代法提高少测点条件下的重建精度。提出基于简正波原理的波叠加技术,修正了浅海信道中能量分布的不均匀性对重建结果影响。从虚拟源形状、收发距离、信号频率、水深等方面分析了声场重建性能。理论及仿真结果表明,提出的声场重建方法在非自由场环境下简单有效,联合虚拟源分布对复杂结构体的适应性较强,为今后水下复杂结构体的声场重建工程应用提供了参考和依据。

关键词：声场重建波叠加法简正波线列阵

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孤立子内波引起的高号简正波到达时间起伏

声学学报 2011年第6期36卷 559-567页

作者：李整林张仁和 Mohsen Badiey Jing Luo 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院声学研究所南海研究站 College of Marine and Earth Studies University of DelawareNewarkDelaware 19716

在新泽西附近海域进行的浅海实验(SW'06)观测到了大量的孤立子内波。利用SW'06海洋环境资料分析了有无孤立子内波存在时的脉冲声到达时间起伏。发现当孤立子内波出现时,1号简正波到达时间较为稳定,而一些高号简正波到达时间比第1号简正... 详细信息

在新泽西附近海域进行的浅海实验(SW'06)观测到了大量的孤立子内波。利用SW'06海洋环境资料分析了有无孤立子内波存在时的脉冲声到达时间起伏。发现当孤立子内波出现时,1号简正波到达时间较为稳定,而一些高号简正波到达时间比第1号简正波提前,且随着温跃层深度变化而起伏。经射线理论分析表明:由于孤立子内波出现,导致温跃层深度下降,进而引起满足一定掠射角条件的高号简正波将主要在温跃层上传播。这类高号简正波到达时间对孤立子内波活动敏感,有可能被用来监测浅海中的孤立子内波。

关键词：孤立子内波到达时间简正波起伏温跃层深度海洋环境深度变化射线理论

水平变化波导中两种耦合简正波方法的比较与分析

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声学学报 2015年第4期40卷 487-499页

作者：秦继兴骆文于张仁和杨春梅中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

分析比较了处理水平变化波导中声传播问题的两种耦合简正波方法:DGMCM(Direct-Global-Matrix Coupled-Mode Method)和CCMM(Consistent Coupled-Mode Method)。首先,两种方法都提供声场的双向解,具有很高的计算精度。其次,DGMCM和CCMM中本地垂直模式序列均具有较快的收敛速度,但DGMCM比CCMM需要较少的水平分段数。再次,两种方法通过求解不同的耦合简正波系统得到声场解,但求解过程中所需参数的计算量基本相同。另外,DGMCM能够处理某些CCMM不容易解决的问题,如海底形状不平滑,线源在斜坡海底上方,以及多声源问题。在DGMCM方法中给出了双层波导问题的耦合矩阵解析表达式,还推导更新了CCMM模型,使其能够处理二维线源问题。

关键词：简正波水平变化分段数二维线线源传播损失声传播本征函数子区域解析表达式

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全局矩阵耦合简正波方法与现有模型的比较

声学学报 2014年第3期39卷 295-308页

作者：杨春梅骆文于张仁和秦继兴中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法具有数值稳定、计算精度高、计算效率高、适用范围广等优点。骆文于等人开发了全局矩阵耦合简正波模型DGMCM(Luo et al,"A numerically stable coupled-mode formulation for acoustic propagati... 详细信息

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法具有数值稳定、计算精度高、计算效率高、适用范围广等优点。骆文于等人开发了全局矩阵耦合简正波模型DGMCM(Luo et al,"A numerically stable coupled-mode formulation for acoustic propagation in range-dependent waveguides,"Sci.China-Phys.Mech.Astron.55,572(2012))。与现有耦合简正波模型COUPLE相比,DGMCM模型主要有如下改进:无条件稳定;适用范围更广;计算效率更高。DGMCM模型具有与COUPLE模型同等的计算精度,均能提供声场的完全双向解,两者在计算精度方面均优于基于抛物方程理论的单向声传播模型RAM。本文从理论上分析DGMCM模型与现有模型COUPLE和RAM的差异,并利用数值算例加以验证。

关键词： CM模型全局矩阵简正波耦合计算精度计算效率无条件稳定声传播模型

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论莫尔斯的室内声场简正波理论解的完备性

振动与冲击 2009年第2期28卷 111-116页

作者：万泉蒋伟康上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

物理学家莫尔斯提出的室内受迫振动简正波理论在数学处理上无懈可击,但是,其声压解全部由简正波组成,无法直接观察到直达声的存在,因此,近些年来受到国内一些学者的置疑:该简正波理论解是包括直达声的全部解,还是不包括直达声的部分解?... 详细信息

物理学家莫尔斯提出的室内受迫振动简正波理论在数学处理上无懈可击,但是,其声压解全部由简正波组成,无法直接观察到直达声的存在,因此,近些年来受到国内一些学者的置疑:该简正波理论解是包括直达声的全部解,还是不包括直达声的部分解?在傅里叶分析和狄拉克函数的基础上,经过严格的数学推导,证明莫尔斯简正波理论关于室内声源的基本假设是正确的,其物理涵义是:室内任意一个声源分布及由室内壁面反射引起的一系列镜像声源组合后可表示为分立简正函数的迭加,回答了国内一些学者对莫尔斯的室内声源基本假设的置疑。此外,在空间域上由简正波解推导出了射线解,证明室内受迫振动简正波理论与镜像原理完全等价。据此,认为简正波理论解是室内稳态声场的完备解。

关键词：简正波镜像源射线解狄拉克函数

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一种浅海声简正波近场分离方法

声学学报 2019年第1期44卷 39-48页

作者：祝捍皓朱军郑广学唐俊郑红汤云峰浙江海洋大学海洋科学与技术学院舟山316022 浙江大学浙江省海洋观测-成像试验区重点实验室舟山316021 浙江海洋大学船舶与机电工程学院舟山316022 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

针对浅海环境下声简正波的近场分离问题,提出了一种基于频率-波数(Frequency-Wavenumber, F-K)变换的分离方法。该方法通过对由近场水平多道接收信号所组成的水声信号矩阵进行F-K变换,将二维接收信号矩阵从时间-空间域转换至频率-波数域... 详细信息

针对浅海环境下声简正波的近场分离问题,提出了一种基于频率-波数(Frequency-Wavenumber, F-K)变换的分离方法。该方法通过对由近场水平多道接收信号所组成的水声信号矩阵进行F-K变换,将二维接收信号矩阵从时间-空间域转换至频率-波数域,由提取频率-波数域上各阶简正波各频点的波数实现对信号中各阶简正波的分离及频散特性提取。数值模拟和水池实验对本方法在实际研究中的可靠性和有效性进行了验证,表明在500 m距离内利用本方法能可靠分离Pekeris波导中200 Hz以下各阶简正波。

关键词：简正波分离近场频率-波数域海声水声信号时间-空间域接收信号

水平变化波导中声传播问题的高效稳定耦合简正波解

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声学学报 2011年第6期36卷 568-578页

作者：骆文于张仁和 Schmidt Henrik 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 麻省理工学院机械工程系美国剑桥02139

提出了一种高效、精确而且数值稳定的耦合简正波方法,用于求解水平变化波导中的声传播问题。与现有的数值模型相比,本方法采用合理的归一化距离解,极大地提高了数值稳定性;通过结合一个前向传播过程和一个后向传播过程,该方法极大地提... 详细信息

提出了一种高效、精确而且数值稳定的耦合简正波方法,用于求解水平变化波导中的声传播问题。与现有的数值模型相比,本方法采用合理的归一化距离解,极大地提高了数值稳定性;通过结合一个前向传播过程和一个后向传播过程,该方法极大地提高了计算精度,可用于精确求解水平变化波导中的声传播问题,尤其适用于大角度斜坡以及海底与海水声阻抗差别较大的问题;此外,通过采用单次散射近似,该方法极大地提高了计算效率,而且对计算条件要求较低。从数值结果可以看出,本方法是一种高效、精确而且数值稳定的求解水平变化波导声传播问题的耦合简正波方法。

关键词：数值稳定性水平变化声传播简正波波导耦合精确求解传播过程