浅海声场垂直相关与边界反射(散射)损失

在浅海均匀层中,利用三参数海底声学模型,引进声传播有效掠角的概念,推导了声场垂直相关与边界损失等参数的关系;提出了大面积测量低频小掠角海底反射(散射)损失的方法;在0.4—3.15kHz频段内测量了小掠角0.7—15°范围内的边界反射(散射)损失;根据本文结果及有关资料,可以较好地解释浅海平均声场过渡距离随频率的变化。     

基于大掠射角海底反射特性的深海地声参数反演

海底声学参数的获取对于海洋声学研究有着重要意义.通过推导分层吸收介质下的海底反射系数,理论分析了大掠射角条件下吸收系数对海底反射系数的影响.海底反射系数随频率振荡过程中,将其等于海水-沉积层界面反射系数模时所对应的频点定义为1/4振荡周期频率.在该频率下,沉积层吸收系数与基底地声参数的耦合程度小于其他频点.本文基于大掠射角下的海底反射特性,提出一种深海地声参数分步反演方法.首先,利用相关法提取得到海底反射系数的干涉周期,利用干涉周期反演了沉积层声速和厚度.声速的反演结果结合Hamilton经验公式反演密度.第二步,通过结合基底声速的穷举边界,给出沉积层吸收系数的假设值,利用1/4振荡周期频率下的海底反射系数对基底声速进行一维反演.最后利用半波层频率下的海底反射系数对沉积层吸收系数进行一维反演.大掠射角海底反射特性结合分步反演,实现了基底声速和沉积层吸收系数一定程度的解耦合.实验结果表明,在大掠射角测量条件下,该方法反演的地声参数可有效应用在一定范围内的传播损失预报.     

浅海远程混响与海底散射强度

利用浅海平均声场角度谱分析法,在海底散射的任意角度关系和浅海均匀层远程混响的距离关系之间建立了变换关系。与国外沿用的深海近程界面混响理论相比,多了多途传播修正因子K(公式18)。利用该变换关系式,由黄海、渤海、东海等5个海区的浅海远程混响资料,推得频率为0.8—4kHz,掠射角为2—10°的低频、小掠角海底散射强度。所得结果与国外深海直接测量的大掠角数据衔接较好。结果同时表明,大陆架高声速海底散射常数(μ)和角度指数(2n)不仅与海区、频率有关,而且与角度范围有关。在掠角很小时,海底散射强度随掠角减小比中等掠角时衰减更快。     

海面冰层对声波的反射和散射特性

北极海面冰层复杂多变,其对声波的反射和散射严重影响冰下水声信道的传输特性,建立海面冰层的声波反射和散射模型对冰下水声通信研究具有重要意义.假设海面冰层为多层固体弹性介质且冰-水界面粗糙,满足微扰边界条件,导出声波从海水介质入射到海面冰层时相干反射系数满足的线性方程组.对相干反射系数随声波频率、掠射角、冰层厚度的变化进行数值分析.进一步引入根据散射声场功率谱密度计算散射系数的方法,改变掠射角,对冰层厚度、散射掠角对散射系数的影响进行研究.     

THEORETICAL ANALYSIS OF THE BOUNDARY REFLECTION LOSS AND THE PARAMETER EXTRACTION AT SMALL GRAZING ANGLE

It has been shown that for"high speed"sediment the effects of layered structure of the sedimentare not significant for a certain range of frequency at small grazing angle,and the reflection behaviorapproaches to the Rayleigh reflection specifled by the surficial sediment pararneters(p,c,a).In thatcase the frequency dependence of reflection loss is mainly due to scattering of the surface roughness.If the scattering loss is considered by using the Bass perturbation theory,the reflection loss at smallgrazing angle can be written as: -In|νφ={Q_0(p,c,a)+Q_1(f,σ)}φwhere Q_0 is the term due to Rayleigh loss independent of frequency,Q_1 is the term due to scatteringloss depending on frequency f and the spectral density of surface roughness.Some experiments,from which parameter Q can be extracted,are analysed.It is found,that in given frequency range(0.5—3.0kHz)the magnitude and the tendency of variation of the parameter Q extracted fromdiffernt experiments are distributed in the permissible region predicted     

小掠射角下高斯谱粗糙海面反射损失建模

在散射能量基本为前向散射且集中在“镜面反射”方向的情况下,粗糙海面反射损失建模是声呐信号传播建模必不可少的一部分,尤其对于中远距离下浅海或者存在表面声道的水声环境,小掠射角(10°以内)下的粗糙海面反射损失建模尤为重要。首先基于高斯谱粗糙海面模型,通过高海况下的声传播试验数据处理分析了粗糙海面边界条件下的Ramsurf声传播模型的有效性,进而以Ramsurf声传播模型为基准,在小掠射角下,比较分析了Kirchhoff近似(KA)海面反射损失模型和小斜率近似(SSA)海面反射损失模型,数值计算结果表明,在小掠射角下SSA海面反射损失模型与Ramsurf计算结果较为吻合,是比较精确的海面反射损失模型。      

Q值的影响因素分析及其参数化

针对高散射特性的二类水体中难以测量的双向性函数Q,利用HYDROLIGHT模拟观测角为太阳天底角下440 nm处的Q值,并分析环境及水体光学特性对Q值的影响.结果表明,在高散射特性的近岸水体或内陆湖泊水体中,由于散射次数的增加,使得风速、散射相函数等影响因素对Q值影响相对减小,单次散射反照率W.和太阳天顶角θ成为Q值的主要影响因素;随着深度的增加,双向性函数Q受边界条件和光线入射状况影响的程度逐渐减少,直至不受其影响,而成为只与固有光学量相关的内秉光学量;利用Q值的主要影响因素W<,0>、θ和上行辐亮度的漫衰减系数K<,L<,u>>分别对Q值进行参数化,得到Q值的2种参数表达式.     

低压头小流量轴流风扇气动噪声特性研究

本文提出了一套新的测试方法,能够获得全流量范围内低压头小型轴流风扇的气动和噪声性能曲线。利用所设计的测试台完成了具有不同叶片轴向掠角、安装角的微型轴流散热风扇的气动-噪声特性测试,研究安装角和气动掠对风扇性能的影响。结果分析表明:不同安装角下,与原型风扇相比,当Q0.6 m~3/min时,前掠降低了风扇的全压、全压效率,提高了风扇的噪声,而后掠有助于降噪。     

氢离子在固体表面掠角散射与能量损失的数值模拟

利用介电响应理论和镜像反射模型对氢离子在固体表面掠角散射和能量损失进行了数值模拟．离子在表面散射时同时受到表面上原子的库仑排斥作用和表面电子气的动力学相互作用,后者是表面电子受运动的正离子扰动所产生,用线性介电响应理论来确定．在高速和低速情况下,分别采用仅与频率有关的局域介电函数和局域场修正介电函数来确定表面电子气产生的动力学相互作用力．计算结果与实验结果作了比较．发现入射速度很低时能量损失随入射角度变化不太明显,而当速度很高时能量损失随入射角度的变大而有所增加. 关键词：     

掩埋目标声散射特性及其实验

基于变分原理建立2D-FE弱形式解模型,针对轴对称掩埋目标进行散射远场的快速、高精度数值计算。入射波垂直于对称轴,给出:掩埋深度不变,以1°为间隔,改变掠射角所得到目标散射声压级相对于垂直海底照射获得结果的差值随频率、掠射角变化的表达式;掠射角不变,以0.1m为间隔,改变掩埋深度得到的散射声压级相对于浅掩埋条件下获得结果的差值随频率、深度变化的表达式。实验结果表明:在回波最强的正横方向,掩埋弹性目标表现出的共振散射特性与在自由场空间中具有相似性,表明了掩埋条件下目标内填充的透射和表面环绕波理论的适用性,验证了大掠射角入射得到散射声压级差值的变化规律。研究成果对宽带、高频入射声波探测更深掩埋目标提供思路。