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浅海波导中椭球体声散射特性研究

大连理工大学学报 2008年第4期48卷 528-532页

作者：姜琳赵德有大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024

利用边界元法研究了三维海洋波导中声波与椭球散射体相互作用问题.分析了海洋波导中声波与结构体相互作用的声散射特性,包括声压在水平断面和垂直断面的分布特点.数值分析表明:浅海中椭球体的散射特性与自由场中明显不同,当椭球体按照... 详细信息

利用边界元法研究了三维海洋波导中声波与椭球散射体相互作用问题.分析了海洋波导中声波与结构体相互作用的声散射特性,包括声压在水平断面和垂直断面的分布特点.数值分析表明:浅海中椭球体的散射特性与自由场中明显不同,当椭球体按照一定比例变化时,其散射声压变化规律会近似于球体而声压幅值低于球体,这对于浅海中非规则目标散射特性的研究是非常重要的.浅海波导对散射目标有显著的影响.

关键词：浅海波导声散射边界元法

一种基于模态匹配的浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距方法

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物理学报 2017年第9期66卷 203-218页

作者：李晓曼张明辉张海刚朴胜春刘亚琴周建波哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001

针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在模态匹配和匹配场处理定位方法的基础上,提出了一种适用于具有液态半无限空间海底的浅海波导中声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以对脉冲声源接收信号的各阶简正波实现有... 详细信息

针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在模态匹配和匹配场处理定位方法的基础上,提出了一种适用于具有液态半无限空间海底的浅海波导中声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以对脉冲声源接收信号的各阶简正波实现有效分离,由此得到各阶简正波的频域信号.海底相移参数是描述海底地声参数的一个重要参量,包含了海底地声参数信息,而各阶简正波的水平波数可以通过含有海底相移参数的表达式来表达.此外,由于声速剖面对简正波的各阶水平波数具有相近的影响,因此通过对任意两阶简正波进行联合处理,可以近似消除声速剖面对简正波水平波数差的影响.任意两阶简正波的水平波数差只近似用于海底相移参数、海深以及波导中平均声速三个参数有关,可以简单、快速地计算相应拷贝场,然后通过建立代价函数并对简正波模态进行匹配,可以实现对水下脉冲声源的被动测距.与传统的模态匹配定位方法相比,本文提出的方法既不需要使用水听器阵,又可以简单、快速地计算出拷贝场.数值仿真和海上实验数据处理结果的测距误差都在10%以内,证明了该方法的有效性.

关键词：浅海波导海底相移参数模态匹配被动测距

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浅海波导目标回波波形仿真研究

系统仿真学报 2011年第6期23卷 1205-1209,1243页

作者：陈立纲苑秉成刘建国海军驻杭州地区军事代表室杭州310012 海军工程大学兵器工程系武汉430033

从物理声学的角度出发,利用Ingenito的本征函数展开法对浅海波导中的目标回波波形进行建模,把目标散射场表示为简正波系数和该目标平面波散射函数积的叠加,然后将发射信号的频谱与目标散射场函数相乘再求其逆变换,由此得到目标回波波形... 详细信息

从物理声学的角度出发,利用Ingenito的本征函数展开法对浅海波导中的目标回波波形进行建模,把目标散射场表示为简正波系数和该目标平面波散射函数积的叠加,然后将发射信号的频谱与目标散射场函数相乘再求其逆变换,由此得到目标回波波形的时域表示,给出了两类发射信号在典型浅海波导下的目标回波仿真波形;水池实验验证了计算机仿真结果,从而证明提出的浅海波导目标回波模型是可行的,可用于预报浅海环境参数对接收波形的影响。

关键词：浅海波导散射函数简正波目标回波仿真

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浅海波导界面对点源振速方向的影响

应用声学 2015年第3期34卷 249-254页

作者：李家亮林建恒郭圣明衣雪娟中国科学院声学研究所北海研究站青岛266023 中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

研究浅海波导对点源振速方向的影响具有十分重要的意义。采用"虚源法"分析计算了浅海波导环境中接收点处点源总振速方向与水平面夹角,侧重讨论确定性界面反射对总振速方向的影响。研究结果表明:总振速方向和接收点与声源的水平距离、两... 详细信息

研究浅海波导对点源振速方向的影响具有十分重要的意义。采用"虚源法"分析计算了浅海波导环境中接收点处点源总振速方向与水平面夹角,侧重讨论确定性界面反射对总振速方向的影响。研究结果表明:总振速方向和接收点与声源的水平距离、两者深度,海底、海面特性以及声速剖面等有关。在等声速均匀浅海波导中,由于确定性界面反射的影响,当直达声掠射角为1°～50°时,合成总振速方向偏离直达声方向达1.5°～10.5°,声速剖面呈负梯度时,偏离程度更甚。

关键词：浅海波导界面虚源质点振速

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浅海波导中简正波干涉特征频率增强

应用声学 2020年第6期39卷 831-838页

作者：孟瑞洁周士弘戚聿波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

针对浅海波导中水平线列阵接收的低频宽带低信噪比信号,提出了一种利用多拍信号相干累加来提高干涉简正波特征频谱信噪比的方法。这种方法主要针对未知距离和声源形式的运动声源,对不同时刻(或接收距离)处阵列输出信号进行warping变换,... 详细信息

针对浅海波导中水平线列阵接收的低频宽带低信噪比信号,提出了一种利用多拍信号相干累加来提高干涉简正波特征频谱信噪比的方法。这种方法主要针对未知距离和声源形式的运动声源,对不同时刻(或接收距离)处阵列输出信号进行warping变换,根据干涉简正波的特征频率不变性,通过搜索距离与径向速度的比值来对齐未知距离下warping变换后的谱峰频率,进而通过相干累加来增强信号干涉简正波的特征频率。仿真和海上实验数据分析均验证了方法的性能。

关键词：浅海波导 warping变换简正波干涉特征频率相干累加特征增强

浅海波导中时间反转处理增强信混比能力的仿真分析

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声学技术 2007年第5期26卷 826-829页

作者：郭国强杨益新孙超西北工业大学航海学院西安710072

针对典型的浅海波导环境,通过计算机仿真研究了目标位于波导中间深度条件下时间反转处理增强信混比的能力以及目标深度的变化对信混比增强能力的影响。对时间反转处理和一般均匀传输产生的目标回波和海底混响强度进行了定量比较。结果表... 详细信息

针对典型的浅海波导环境,通过计算机仿真研究了目标位于波导中间深度条件下时间反转处理增强信混比的能力以及目标深度的变化对信混比增强能力的影响。对时间反转处理和一般均匀传输产生的目标回波和海底混响强度进行了定量比较。结果表明,在仿真条件下,目标位于波导中间深度时,与一般的均匀传输相比,时间反转处理获得的目标照射强度高10dB～15dB,而相应的海底混响却低了10dB左右,这验证了时间反转处理有效增强信混比的能力,而目标靠近海面或海底时,时间反转处理的海底混响抑制能力有所减弱,当目标位于海底时,由于时间反转聚焦,该距离上将出现一个海底混响峰值。

关键词：时间反转处理信混比增强聚焦浅海波导

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浅海波导中目标声散射特性研究

浅海波导中目标声散射特性研究

作者：韩春盈中国海洋大学

学位级别：硕士

浅海，作为水下活动中具有重要战略地位的区域，日益受到人们的关注。本文主要是对浅海波导中目标声散射问题进行研究。在理论分析中，采用了***简正波展开法和***波数积分法，给出了浅海波导中目标散射场的简正波展开解和波数积分解... 详细信息

浅海，作为水下活动中具有重要战略地位的区域，日益受到人们的关注。本文主要是对浅海波导中目标声散射问题进行研究。在理论分析中，采用了***简正波展开法和***波数积分法，给出了浅海波导中目标散射场的简正波展开解和波数积分解的推导过程，并对两种求解方法进行了比较，发现了两者间的许多相似性和内在统一性。在数值计算中，首先对目标散射场的简正波展开解和波数积分解分别实现了数值计算。对简正波展开解的数值计算得到了较满意的结果;在对波数积分解数值计算时，采用了FFP技术，同时探讨了目标散射场波数积分解积分核函数随水平波数的变化特点，为今后改进目标散射场波数积分解数值计算方法，采用非等间隔的波数采样法，提供了依据。最后，利用简正波展开解对各种浅海波导条件下的目标散射场进行了系统计算，展开了对浅海波导中目标散射特性的探讨。讨论了绝对硬和绝对软两种球状目标，在理想波导情况、不同波导厚度情况，以及不同海底介质特性、不同海水介质特性，不同海水声速分布特性等各种情况下的目标散射特性。通过分析发现：浅海波导中目标散射场具有明显的相干特性;相干距离起点随着波导厚度的增大而增远;在r-φ水平平面上，目标散射场随距离强弱相间;在r-z垂直平面上，目标散射场形成了明显的相干波束;当声速为均匀等声速剖面时，目标散射场在波导中呈现出较好的对称性;当声速剖面为负梯度分布时，目标散射场在波导中形成的波束有向下弯曲的明显特征;当声速剖面为正梯度分布时，目标散射场在波导中形成的波束呈现向上弯曲的特征。

关键词：浅海波导目标散射简正波展开波数积分

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浅海波导中弹性结构声辐射预报方法研究

浅海波导中弹性结构声辐射预报方法研究

作者：钱治文哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

目前,关于水下弹性结构振动特性和声辐射的研究,大都把外部流体环境考虑为自由场和半空间流体,对于具有海面和海底上下边界的浅海波导中弹性结构声辐射预报,目前尚无高效可靠的研究方法。为此,本文通过结合多物理场耦合计算有限元法、... 详细信息

目前,关于水下弹性结构振动特性和声辐射的研究,大都把外部流体环境考虑为自由场和半空间流体,对于具有海面和海底上下边界的浅海波导中弹性结构声辐射预报,目前尚无高效可靠的研究方法。为此,本文通过结合多物理场耦合计算有限元法、波叠加法和浅海波导声传输函数,建立了三维浅海波导中弹性结构声辐射预报理论模型,提出了一种浅海波导中弹性结构声辐射快速预报方法:联合波叠加法,该方法首先根据给定浅海波导中辐射体表面的振动速度信息和浅海波导传输函数来求解结构内部虚拟源强度,然后再求解各虚拟源的叠加声场,以等效替代弹性结构的辐射声场。联合波叠加法的核心在于虚拟源的优化配置,但虚拟源配置和振动数据提取过程涉及诸多因素的影响,各因素对声场计算精度影响显著,很有必要单独分析各因素对结构辐射声场计算精度的影响规律,以提高波叠加法声场计算的准确度。本文以浅海波导中脉动球辐射声场问题为例,编写了浅海波导中结构声辐射计算程序,研究分析了源面几何类型、尺寸,虚拟源数目以及数据误差等因素对浅海波导中结构声辐射波叠加法计算的精度影响,经与解析解对比分析得出:为了在整个距离上达到较高的计算精度,源面与结构面最好共形;源面与结构尺寸缩比在0-0.8之间,且源面与结构表面节点数比值控制在0.5-1范围内;当结构表面振动信息含有误差时,采用Tikhonov正则化以及L曲线后验参数选取法能够极大波叠加法计算的稳定性和准确性。选择最优的波叠加参数进行虚拟源的优化配置以后,本文进行了理想浅海波导中典型弹性圆柱壳结构辐射声场计算。分别从有限元法和解析法两方面验证了该方法的正确性后,从浅海波导中辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海波导中弹性圆柱壳声辐射特性,阐释了进行浅海波导中结构声辐射研究的必要性。研究结果表明,仅在低频浅海波导中弹性结构可近似等效为点源,浅海波导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,采用该方法模拟垂直线列阵进行浅海波导中结构辐射声功率测量时,测量结果受到浅海波导环境边界和潜深的影响较大。

关键词：浅海波导波叠加法圆柱壳振动特性声辐射预报

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浅海波导中宽带声源被动测距研究

浅海波导中宽带声源被动测距研究

作者：尚启春中国海洋大学

学位级别：硕士

波导不变性原理是当前海洋声学研究的热点之一。和波导不变量一样,阵不变量也能实现宽带声源的有效测距,与传统的三元阵被动测距技术方法相比,它充分考虑了信道环境对声传播的影响,能够提高浅海声源测距性能;而与匹配场处理相比,则降低... 详细信息

波导不变性原理是当前海洋声学研究的热点之一。和波导不变量一样,阵不变量也能实现宽带声源的有效测距,与传统的三元阵被动测距技术方法相比,它充分考虑了信道环境对声传播的影响,能够提高浅海声源测距性能;而与匹配场处理相比,则降低了对环境参数的依赖,测距稳健性较强,具有良好的应用前景。本文在Sunwoong Lee和Nicholas ***阵不变量研究的基础上对阵不变量声源测距做了进一步研究发展,主要成果有: 一、给出了阵不变量的一种简明物理解释。本文从简正波到达时间和俯仰角这两个描述波导多模传播和单模频散的参数出发,给出了一种不同于原始文献的阵不变量简明理论推导,清晰的阐述了阵不变量的核心物理意义。阵不变量实质为信号在平均声速c条件下从声源-接收器的的绝对传播时间。阵不变量的提取是被动测距的关键,它可通过提取信号到达时间对应的简正波俯仰角余割值进行计算。二、提出了广义阵不变量的概念。阵不变量适用于水体均匀的情形,对于水体声速剖面变化时,阵不变量也并不是一个绝对不变的量,而是随着简正波号数和声源频率的不同而略有差异。在广义阵不变量的基础上,对阵不变量方法测距进行了推广发展,在水体声速剖面比较复杂或已知的情况下,通过修正广义阵不变量为常数,能够提高声源测距的精度。三、建立了广义阵不变量和广义波导不变量的内在联系。两者均是波导频散特性的反映,可通过简正波俯仰角联系起来,广义阵不变量是不同频率不同号简正波到达时间差和对应俯仰角余割值差的比值,而广义波导不变量可表示为不同频率的两号简正波俯仰角正弦值的乘积,给出了一个直观理解或反演估计波导不变量的简明公式。本文讨论的阵不变量测距主要是基于远距离声波主要在水体里传播的事实,主要考虑水体声速剖面对声传播的影响,对海底研究的较少。在利用阵不变量原理实现声源测距的技术手段上,主要考虑了利用水平阵和垂直阵常规波束形成实时提取简正波俯仰角的方法,并给出了数值仿真实例。

关键词：阵不变量声源测距波导不变量浅海波导简正波俯仰角