收、发分置混响平均强度理论预报

建立双基地混响几何模型,推导出收、发分置混响的平均强度估算公式。考察双基地远程界面混响,对于漫散射界面,散射区为一椭圆环带,分别给出柱面波声场和球面波声场情况下,无指向性收、发分置混响的平均强度估算公式。给出窄波束接收阵时,双基地声呐的混响级和信混比的估算公式。仿真表明,椭圆模型可以方便准确的预报双基地混响强度及研究其特征规律,便于双基地声呐系统集成,适合工程应用。      

双基地冰-水界面混响强度的理论预报

针对北极冰层冰水界面具有小尺度粗糙界面的情况,给出由冰层造成的混响平均强度的理论预报公式。首先将北极冰层等效为具有粗糙界面的弹性介质,并且采用小粗糙度微扰理论在精细拟合粗糙度谱的基础上,建立粗糙冰层的三维散射强度模型,然后建立三维双基地声呐几何模型确定有效散射区域,最后给出双基地冰下混响平均强度的估算公式,并在所拟合的粗糙度谱的情况下,利用该预报公式计算双基地声呐配置参数和海冰物理及声学特性对冰下混响强度的影响算例。数值仿真表明该公式能够估算出北极冰下双基地声呐产生的混响平均强度,并且分析出了时延、基线长度等声呐配置参数和冰层声速比、密度比等海冰物理参数会对混响强度造成的影响。声呐的配置参数主要影响散射的有效面积,海冰的物理参数则影响着冰层的散射强度。其中,冰层声速比不仅影响混响强度的大小,还会影响混响强度随时间的衰减速度。      

浅海平均混响强度的数值模拟

海中混响是回声探测的严重干扰。利用本文给出的混响模型可较快地计算分层海洋中平均混响强度的衰减规律及深度结构。 对于近程混响,由于海水非均匀性的影响较小,使用均匀层的射线方法计算。对于远程混响,使用简正波方法计算,它保持了平滑平均后的深度结构。在中等距离上两者能很好地衔接起来,由于考虑了复本征值对简正波入射场的影响,提高了计算精度,通过比较不同散射模型对混响强度计算的影响,提出以分离型二元散射模型作为混响数值模拟的基础,使能由界面反向散射系数估算二元后向散射系数,并大大简化混响强度的数值计算。     

啁啾光脉冲的振幅调制和相位扰动对压缩光脉冲的影响

 通过采用分步傅里叶变换法求解非线性薛定谔方程,模拟了啁啾光脉冲有振幅调制和相位扰动下的自相位调制（SPM）对压缩光脉冲对比度和预脉冲宽度的影响。结果表明：啁啾光脉冲的振幅调制深度和相位扰动深度越大,则压缩后的光脉冲对比度越小;啁啾光脉冲的振幅调制周期和相位扰动周期越小,则压缩光脉冲的预脉冲宽度越大。     

噪声修正的混响反演海底反射系数幅值参数

利用一种噪声修正方法解决低混噪比条件下混响数据反演海底反射系数幅值参数偏差的问题。将全波动混响理论中的混响非相干平均强度,叠加海洋环境噪声平均强度,获得包含噪声的混响平均强度理论,分析背景噪声平均强度对反演海底反射系数幅值参数的影响。数值仿真表明,背景噪声平均强度的叠加使得混响平均强度衰减趋势减缓,导致海底反射系数幅值参数反演结果偏小,混响噪声比越低,影响越明显。提出一种噪声平均强度相减的修正方法,对混响噪声比为[0,6] dB的混响平均强度数据进行修正,利用修正后的混响数据反演得到偏差较小的海底反射系数幅值参数。对比浅海混响实验数据衰减至不同混噪比时反演所得海底反射系数幅值参数,以及经噪声修正后的反演结果,验证了本文提出方法的可行性。      

负梯度声速剖面的浅海混响平均强度的垂直结构

声速剖面是影响声场能量重新分配的主要参量。混响包含有双程传播和反向散射过程,文中根据全波动混响理论,从声速剖面对简正模态的垂直结构的影响出发,通过数值仿真和理论分析研究了负梯度声速剖面对双程传播损失和反向散射强度的垂直结构的影响,进而得到声速剖面对混响平均强度的垂直结构的影响。数值仿真结果表明,传播距离近的条件下,混响平均强度的垂直结构受声速剖面的影响在实际应用中可以忽略不计;传播距离足够远,并且相对声速梯度在10-4 m-1量级时,混响平均强度的垂直结构才会受声速剖面的影响有明显的变化。负声速梯度下的混响实验也表明,在有限的混响时间内,混响平均强度的垂直结构保持稳定。      

双基地混响平均强度理论及仿真预报

考察远程双基地界面混响,可以仅考察二维问题,其散射区域为一椭圆环带;对于近程双基地界面混响,必须讨论三维模型,其散射元分布在一椭球面上.对二维和三维双基地混响进行理论建模分析,该模型优点是无需使用无线电通信,借助GPS时钟即可同步工作,实现双基地声呐系统的测距及测向,便于双基地声呐系统的集成.推导出二维和三维模型的双基地声压混响理论预报公式.对三维矢量混响作仿真研究,并讨论矢量传感器组合指向性抗混响. 关键词： 双基地混响 声压混响 矢量混响     

浅海平均混响强度的简正波理论

本文用简正波方法导出了浅海远程混响强度的一般表式,该式对较广泛的一类声速剖面、海底反射与散射系数皆适用。由于考虑了复本征值对简正波入射场的影响,所得结果比以往的混响场简正波理论有较大的改进。所得出的平均混响强度的表式物理意义清楚,形式简单,便于进行数值计算与解析讨论。作为例子,文中分析了负跃层浅海中平均混响强度的衰减规律。计算表明,当声源与接收器皆位于跃变层之上时,远程混响强度与r~-5成正比。     

深海大接收深度海底混响研究

海洋混响对主动声纳工作性能的影响不可忽略,一直是水声学研究中的一个重要课题.在南海实验中获取了深海混响实验数据,包含近海底大接收深度的混响信号,其强度随时间变化存在锯齿形结构.为对混响数据进行深入分析,基于射线理论提出了一种深海海底混响模型,能够计算本地混响和异地混响强度,并可解释深海混响信号的产生过程.该模型首先对海底散射体进行网格式划分,然后根据每个网格内散射体产生混响信号的准确时间进行混响计算,对于传播路径丰富的深海环境比传统按圆环或椭圆环处理散射体的方式更加精确.在多种收发距离和接收深度条件下,将数值模拟结果与实验数据进行比较.结果表明:对于大接收深度,混响整体吻合较好;而靠近海面处的混响,二者的一致性下降.分析结果表明,使用的海底散射系数参数适用于该实验海区,同时验证了该散射系数模型对于小掠射角海底散射更加准确,对应深海大接收深度混响.     

带宽对脉冲贝塞尔光束传输的影响

从惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发得到具有高斯型频谱分布的脉冲贝塞尔光束频率域的传输表示式,并使用傅里叶变换最后推导了脉冲贝塞尔光束时间域的传输公式。根据得到的公式通过具体数值计算对脉冲贝塞尔光束在自由空间中的传输进行了研究。计算结果表明脉冲光束的带宽对脉冲贝塞尔光束传输中的脉冲时间延迟和脉冲宽度产生影响。具体表现为脉冲光束带宽的增宽使脉冲时间延迟增大,并使脉冲时间波形的后沿拖长,从而导致脉冲宽度增宽。脉冲时间延迟和脉冲宽度还随传输距离发生变化。脉冲光束传输距离越大,脉冲时间延迟越大,脉冲宽度变得越宽。     

运动平台低频混响的方位-多普勒谱特性研究

运动平台混响场的空频耦合结构对于改善主动声呐低速目标检测性能是十分关键的。本文通过对波束域混响采用高分辨谱分析方法(如MUSIC法和Capon法)在一定程度上突破了发射脉宽的制约,可以更为精确地给出低频混响场的方位-多普勒扩展估计。对南海实验数据的分析表明浅海低频混响场精确地符合运动多普勒规律,并且在一定距离方位分辨单元内的具有混响强度越高,频率扩展越小的特点。进一步的,利用运动多普勒关系给出偏航条件下左右舷混响在方位多普勒平面上沿不同曲线分布的规律,实验数据与理论预测符合良好。      

Estimation of the underwater explosion depth from the modified cepstral analysis of sea reverberation

A mathematical model of the signal produced by an underwater explosion is used to obtain the dependence of the explosion depth on the argument T_k at which the cepstrum of the signal reaches its maximum. The algorithm evaluating the parameter T_k on the basis of the cepstral analysis of reverberation is substantiated. The proposed method of estimating the explosion depth is tested by experimental data to demonstrate its high accuracy.     

源搅拌对混响室场均匀性的改善

 研究了在短脉冲波激励下,源搅拌方法对混响室内场分布的影响效果。分析了混响室内场分布特征的影响因素,得到了影响源搅拌的相关参量。研究改变激励源的位置对腔体内场分布的影响效果,主要对比了电场的最大值、分布标准差等电场统计特征。结果表明：通过连续地移动激励源对场分布进行搅拌,混响室内的电场最大值可以达到约6.7 kV/m,而且场值的空间分布标准差降至3 dB以下,能量分布也更加均衡。因此,采用源搅拌方法可以有效地改善腔内的场分布,提高场分布的均匀性,有利于构造均匀的电磁场环境。     

建筑物对不同体制电磁脉冲时域响应数值分析

 针对一般建筑物内空间电场强度时域变化特点,采用时域有限差分方法,数值模拟单极性高斯脉冲、双极性微分高斯脉冲以及窄带调制方波脉冲平面波在建筑物内传播、反射及透射过程;并对比分析不同脉冲参数对空间场强最大值及分布的影响。在一定脉冲宽度的微分高斯脉冲激励下,建筑物空间内最大场强变化范围值较高,为3．０~5.5 dB,其空间场强增强分布区域较大,并随脉宽增加而减小,但脉冲的最小重复频率相对要求最高。相应脉宽的高斯脉冲造成空间最大场强及分布区域范围最小,而脉冲的最小重复频率所需最低。当载频为房间谐振频率的窄带脉冲入射下,空间最大场强变化范围值相对最高,空间场强增强区域总体趋势随脉冲载频频率单调增加。     

浅海近程混响的振荡现象*

研究浅海近程混响特性对于评估和提高主动声纳性能具有重要意义。多次浅海混响实验显示,近程混响强度存在稳定的振荡现象,脉宽基本对振荡的幅度和周期没有影响。为解释这一现象,本文基于射线理论和小斜率近似给出了浅海近程混响模型,仿真与实测数据结果基本吻合。数值仿真结果表明：海底反射声场对单站声纳接收到回声信号的贡献远小于海底近垂向大掠射角散射声场的作用;混响强度振荡现象是海底近程散射声场的多途现象造成的,并由此给出了振荡周期与海深及收发深度的关系。     

外场参数对超冷原子向异核三原子分子转化的影响

文章研究了利用双光子受激拉曼绝热暗通道技术实现超冷原子向异核三原子分子转化过程中,可控外场参量(包括拉比脉冲的强度,脉宽以及单光子失谐等)对系统绝热性和转化效率的影响. 结果发现,系统的转化效率随斯托克斯光强度的增大先减小,后振荡,最终趋于小于1的稳定值,而随抽运光强的增大先增大,然后很快趋于1,表明抽运光和斯托克斯光对超冷分子的形成具有不同的作用. 脉冲宽度既能决定最终转化效率的大小,也能反映达到稳定转化所需的时间. 单光子失谐为红失谐时,系统有比较高的稳定转化效率,而蓝失谐光脉冲则不利于超冷分子的形成. 另外,还讨论了超冷异核三原子分子转化系统在经历不同反应通道时绝热性和转化效率的差别. 关键词： 异核三原子分子 受激拉曼绝热暗通道 绝热参量 绝热保真度     

Geophysical exploration of the ocean floor using acoustic methods

Sediment patterns on the ocean floor of the continental shelf can be studied using ultrasonic sonar systems, in which the geophysical patterns are mapped on a permanent paper record. Housed within a streamlined fish-like towed body, a transmitter sends an ultrasonic acoustic beam towards the sea bed, illuminating a path of the sea floor of width 1 km parallel to the track of the ship. The strength of the echo reverberation signals increases progressively through the sediment series soft mud, sands, cobbles, rocks and corals, so some measure of sediment identification is possible.     

稀薄等离子体中激发尾波场的共振条件

研究了在稀薄等离子体中强激光激发尾波场的情况 ,发现尾波场的激发与入射激光的脉冲宽度有共振现象。在光强很小情况下 ,共振所需要的入射激光脉冲宽度为λp 2 ,随着光强的增大共振激光脉冲宽度减小。同时发现在稀薄等离子体中激发的尾波势场与等离子体的密度几乎无关 ,而激发的尾波场最大电场强度与等离子体的密度有关。     

浅海中的混响衰减

本文定义混响衰减作为描述浅海混响的基本物理量。对不同的声速剖面和海底散射模型，分别用射线方法和ＷＫＢＺ简正波方法（考虑和不考虑复本征值的影响）计算了混响衰减随时间（距离）的变化。数值模拟结果表明复本征值的影响不能忽略，在中等距离上按射线方法计算的混响衰减与考虑了复本征值影响的ＷＫＢＺ方法计算结果相一致。负跃层浅海中的实验结果表明混响衰减与源和接收器的深度有关，但与带宽无关。理论预示的混响强度的几何平均规律也从实验得到了证实。     

Closed-form expressions for ocean reverberation and signal excess with mode stripping and Lambert's law

Closed-form expressions for two-way propagation and reverberation in variable depth ducts are derived for isovelocity water by using ray invariants and acoustic flux. These expressions include the transition to single mode propagation at long range. Three surface scattering laws are considered: Lambert, Lommel-Seeliger, and angle independent, and these are compared with a point target to give explicit signal-to-reverberation ratios. In particular, there is interesting and sometimes surprising behavior when the propagation obeys mode-stripping (the high angles are preferentially attenuated by bottom losses) whilst the scattering obeys Lambert's law (high angles are preferentially back-scattered). There may be conditions where the signal-to-reverberation ratio is independent of range so that there is no reverberation range limit. Bottom slope dependence of both target echo and reverberation is surprisingly weak. The implications of refraction are discussed. The angle dependence for a point or surface scatterer at a given range can be translated into arrival time, so it is possible to calculate the received pulse shape for one-way or two-way paths. Because the tail is exponential with a range-independent half-life that only depends on bottom reflection properties there is scope for extracting geoacoustic information from the pulse shape alone. This environmental time spread is also of use to sonar designers.