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深海海底反射会聚区声传播特性

物理学报 2019年第1期68卷 174-185页

作者：张鹏李整林吴立新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 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深... 详细信息

在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深海会聚区的海底反射会聚现象,在直达声区范围内的海底地形隆起可导致海底反射会聚区提前形成,并使得部分影区的声强明显提高.由于不平坦海底和海面的反射破坏了完全声道环境下的会聚区结构,在60 km范围内存在两个海底反射会聚区,会聚区增益可达10 dB以上,同时在11 km附近的影区和51 km附近形成高声强区域.当接收深度与声源深度相同时,第二会聚区的增益高于第一会聚区.在第一会聚区内,随着接收深度的增加,声线到达结构趋于复杂,多途效应更加明显.使用抛物方程数值分析结合射线理论对深海海底反射会聚区现象产生的物理原因进行了分析解释.研究结果对于声纳在深海复杂环境下的性能分析具有重要的指导意义.

关键词：会聚区海底反射多途结构传播损失

深海季节性环境变化对半会聚区尺度水面声定位影响分析

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海洋学报 2020年第3期42卷 59-71页

作者：张旭李智生邱仁贵董楠中国人民解放军91550部队辽宁大连116023 中国人民解放军91650部队广东广州510320

针对深海声定位受海洋环境变化影响明显、需考虑测量系统的环境适应性和宽容性设计问题,提出一种评估海水环境变化对定位性能影响的仿真分析方法,将声场计算、误差传播与交会解算联合建模,以西太平洋中纬度海域夏季和冬季环境为代表性... 详细信息

针对深海声定位受海洋环境变化影响明显、需考虑测量系统的环境适应性和宽容性设计问题,提出一种评估海水环境变化对定位性能影响的仿真分析方法,将声场计算、误差传播与交会解算联合建模,以西太平洋中纬度海域夏季和冬季环境为代表性场景讨论了季节性环境变化对定位性能的影响方式和影响程度。仿真结果表明,当接收器位于海洋近表层时,在夏季和冬季呈现出两种不同的声信道样式,夏季季节性温跃层影响下的定位精度较差,冬季表面波导影响下的定位精度相对较好,两者均方根误差(RMSE)相差超过50 m;当接收器位于海洋中上层时,直达波有效作用范围的季节性变化引起定位性能差异,冬季定位精度优于夏季,两者RMSE相差15~20 m;当接收器位于海洋近底层时,利用可靠声路径定位精度较高,定位性能季节性变化不明显。研究认为,海水的季节性环境变化能够改变半会聚区尺度水面声定位的声信道特性以及到达声信息、误差传播、交会求解等测量因素,进而对接收深度位于海洋上层的声定位性能产生明显影响。

关键词：深海季节性变化环境影响水声定位会聚区

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深海会聚区波导不变量特征研究及应用

海洋科学 2014年第7期38卷 82-88页

作者：唐帅笪良龙徐国军崔宝龙海军潜艇学院山东青岛266071

为了解决深海会聚区目标及其运动态势难以判断的问题,在研究会聚区形成条件和其声场传播规律以及波导不变量理论的基础上,对典型深海环境不同位置的声强距离-频率分布图中的干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。结果表明,深海会聚区存... 详细信息

为了解决深海会聚区目标及其运动态势难以判断的问题,在研究会聚区形成条件和其声场传播规律以及波导不变量理论的基础上,对典型深海环境不同位置的声强距离-频率分布图中的干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。结果表明,深海会聚区存在与其他区域不同的干涉条纹特征,其对应的波导不变量?值为负。本文提出了利用会聚区特有的干涉条纹特征,对会聚区目标及其运动态势进行初步判断的方法,仿真结果和试验数据表明,判断方法具有可行性和有效性。

关键词：波导不变量会聚区目标运动态势 convergence zone (CZ)

基于Argo数据的吕宋海峡东部海域的会聚区特征分析

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海洋学报 2015年第7期37卷 78-84页

作者：阮海林杨燕明牛富强文洪涛国家海洋局第三海洋研究所福建厦门361005

利用2010-2013年的Argo浮标观测资料,对吕宋海峡东部海域（19°-23°N,123-127°E）的会聚区特征进行综合分析。研究结果如下：（1）吕宋海峡东部海域4个季节表面的声速从大至小依次为夏季、秋季、春季和冬季,夏季最大为1 543.5m/s,冬... 详细信息

利用2010-2013年的Argo浮标观测资料,对吕宋海峡东部海域（19°-23°N,123-127°E）的会聚区特征进行综合分析。研究结果如下：（1）吕宋海峡东部海域4个季节表面的声速从大至小依次为夏季、秋季、春季和冬季,夏季最大为1 543.5m/s,冬季最小为1 533.4m/s;混合层深度从大到小依次为冬季、秋季、春季和夏季;（2）采用WOA13气候态数据对声速剖面进行深海延拓,获得全海深的声速剖面,分析4个季节的声道特征。声道轴深度和声速较为稳定,声道轴深度在1 000-1 040m之间,声道轴处的声速为1 482m/s,4个季节的平均声道厚度都超过4 500m,利于会聚区形成;（3）研究区较易发生会聚现象,发生会聚现象概率高于50%的占70.6%;会聚现象的发生概率季节变化明显,春季、冬季极易发生声场的会聚现象,夏季最小;（4）运用RAMGeo声场模型对研究区4个季节的声传播损失进行仿真,分析会聚区的季节变化特征。当声源深度100m,接收深度10m时,第一会聚区,离声源的距离在61-64km左右,夏季离声源最近,春、冬季较远;会聚区宽度上,夏季最宽为10km,春季最窄为4.6km;会聚区增益分布特点与会聚区宽度刚好相反,春季最大为14.6dB,夏季最小为8.5dB。

关键词：吕宋海峡东部海域会聚区声速剖面季节变化

一个西太平洋冷涡影响下的会聚区声传播变异特征分析

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海洋通报 2015年第2期34卷 130-137页

作者：张旭程琛邱仁贵中国人民解放军91550部队辽宁大连116023 92493部队博士后科研工作站辽宁大连116023 中国人民解放军92488部队广东湛江524064

以Argo资料给出的一个典型西太平洋冬季冷涡为环境背景,应用BELLHOP高斯束射线模型计算声场,通过比较环境水平不变与环境水平变化声场的差异性,得出了涡旋环境和地形变化共同影响下会聚区声场出现的一些变异特征。分析结果表明,涡西侧... 详细信息

以Argo资料给出的一个典型西太平洋冬季冷涡为环境背景,应用BELLHOP高斯束射线模型计算声场,通过比较环境水平不变与环境水平变化声场的差异性,得出了涡旋环境和地形变化共同影响下会聚区声场出现的一些变异特征。分析结果表明,涡西侧声场在深海平坦地形条件下会聚区保持完整,从涡外向涡内传播时会聚区距离逐渐变小,反之距离变大,同时,涡中心附近的冷水上涌破坏了近表层的表面声道,使声传播损失突然增大。涡东侧的海山地形阻碍了会聚区反转,使声场出现了复杂的变异特征,如会聚区的截断、上反转点的抬升或下降、声线的多途传播以及增益位置的不规则变化等。这些声场变异特征是由西太平洋的背景环境、涡中的水文非均匀分布以及地形变化共同引起的。当地形变化不影响会聚区反转时,声场变化主要受涡锋面两侧水文环境差异的影响,典型特征是会聚区的偏移和表面声道的生消;当地形变化对会聚区反转产生明显的干扰时,地形条件对于声场能量分布具有主导作用,非均匀水文环境的影响弱化,但仍起到重要的调制作用。

关键词：中尺度涡西太平洋会聚区 Argo 高斯束射线模型

西太平洋夏季三类声速环境下的会聚区特性比较

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海洋科学进展 2015年第1期33卷 56-62页

作者：程琛张旭史峰中国人民解放军91550部队

利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西太平洋夏季在热带海区（Ⅰ型）、亚热带南部海区（Ⅱ型）和亚热带北部海区（Ⅲ型）三类典型声速环境下的会聚区特性。声场计算结果表明,声速环境的区域性差异及声源深度的变化对会聚区声场特... 详细信息

利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西太平洋夏季在热带海区（Ⅰ型）、亚热带南部海区（Ⅱ型）和亚热带北部海区（Ⅲ型）三类典型声速环境下的会聚区特性。声场计算结果表明,声速环境的区域性差异及声源深度的变化对会聚区声场特性有明显影响。当声源深度为20m时,热带海区会聚区距离较远,第一会聚区约为65km,超出亚热带海区约5km;当声源深度为200m时,亚热带北部海区会聚区距离较远,第一会聚区约为60km,亚热带南部海区、热带海区依次递减约5km。Ⅰ型和III型剖面在特定的声源深度条件下出现波导型声场,当声源位于表层时热带海区产生表面波导,当声源位于次表层时亚热带北部海区产生次表层波导,对于1kHz的声波,波导深度范围内的传播损失比波导深度以外高出10~20dB。

关键词：西太平洋声速剖面会聚区声场

基于海调实测资料的中尺度冷涡的会聚区声传播特征诊断

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海洋科学进展 2016年第4期34卷 523-531页

作者：鲍森亮张韧高飞洪梅潘忠良刘科峰解放军理工大学气象海洋学院江苏南京211101 海军海洋测绘研究所仪器设备研究室天津300061 海军航空兵学院辽宁葫芦岛125000

海洋中尺度涡能够使声能空间分布不均,进而对水声设备、水下兵器使用和潜艇战造成重大影响。本文基于2014年西太平洋海调中尺度涡观测资料,首先对该涡旋的三维结构特征进行研究,得出此为黑潮延伸体海域典型的气旋式冷涡。然后利用抛物... 详细信息

海洋中尺度涡能够使声能空间分布不均,进而对水声设备、水下兵器使用和潜艇战造成重大影响。本文基于2014年西太平洋海调中尺度涡观测资料,首先对该涡旋的三维结构特征进行研究,得出此为黑潮延伸体海域典型的气旋式冷涡。然后利用抛物方程水声数值模型仿真研究该中尺度涡对声传播损失的影响。研究表明:中尺度涡引发的海洋声速场水平扰动对水声场空间分布特征造成巨大影响,冷涡使得会聚区的位置前移,宽度减小,增益效能增强;声在中尺度涡边传播时,涡边会聚区较涡心会聚区的位置后退,宽度加大,增益效能减弱。

关键词：中尺度冷涡 UMPE模型会聚区

爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失测量的影响

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声学技术 2020年第4期39卷 419-424页

作者：李国富刘颉齐占峰张爽彭家忠李琦国家海洋技术中心天津300112

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损... 详细信息

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损失进行了比较。结果表明,在不同声源深度和频率下,0.5 km的投放间隔能够很好地刻画出会聚区声场结构的精细特征;1 km的投放间隔基本满足对会聚区结构精细测量的要求;2 km的投放间隔能够测量到会聚区的大致结构,但可能出现对会聚区峰值结构的漏测或欠精确的会聚区增益。考虑到实际条件难以支持全测线0.5 km的投放间隔,建议对会聚区精细测量时,在可知会聚区范围的海域使用在会聚区0.5 km的投放间隔、在影区1 km的投放间隔;在未知海域使用全测线1 km的投放间隔;对了解会聚区大致结构的调查,使用2 km的投放间隔。

关键词：会聚区声传播损失爆炸声源投放间隔

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北大西洋深海声速类型区划及会聚区特征分析

海洋预报 2021年第6期38卷 103-110页

作者：杨帆王华高文典孟小嵩刘云龙国家海洋局北海环境监测中心山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266000 海军大连舰艇学院辽宁大连116018 国家海洋局北海标准计量中心山东青岛266000

利用WOA13数据集,应用谱系聚类方法划分北大西洋的类型,并应用模糊C-均值聚类法将声速剖面进行分类,给出各类型在不同季节分布的区域和典型声速剖面结构。应用BELLHOP模式分析了各种类型第一辐合带的特征,得出在北大西洋深海声速剖面分... 详细信息

利用WOA13数据集,应用谱系聚类方法划分北大西洋的类型,并应用模糊C-均值聚类法将声速剖面进行分类,给出各类型在不同季节分布的区域和典型声速剖面结构。应用BELLHOP模式分析了各种类型第一辐合带的特征,得出在北大西洋深海声速剖面分为6种类型:亚北极区型、北大西洋暖流区型、亚速尔—加纳利流区型、亚热带区型、热带区Ⅰ型、热带区Ⅱ型,这些类型总体呈纬向分布,与北大西洋海流的分布密切相关,除亚北极区型分布范围无季节变化外,其他类型均具有季节变化,且各类型最明显的特征是声道轴深度随纬度变化。

关键词：北大西洋声速剖面模糊C-均值聚类会聚区