雷声在大气中传播的吸收衰减特性研究

选取青海大通地区一次地闪过程的雷声信号,利用信号处理理论,得到了观测点雷声的频谱;依据声波在大气中传播的理论,计算了大气对雷声传播的吸声系数,分析了吸声系数随环境因素的变化,结果表明:闪电发生距离、大气湿度和温度是影响雷声传播的主要因素.在一定闪电距离和大气环境下,吸声系数随频率的增加而增大;频率小于100 Hz的雷声衰减很慢,空气相对湿度和温度对其吸声系数的影响也比较小,在一定距离内的衰减可以忽略;频率大于500 Hz的高频信号吸声系数较大,并且随相对湿度的增加而快速递增;吸声系数随温度呈非单调变化,频 关键词： 雷声传播 大气吸收 衰减     

周期信号调制色泵噪音驱动下单模激光光强关联函数的时间演化特性

采用周期信号调制色泵噪音驱动的单模激光模型,运用线性化近似方法研究了单模激光系统光强关联函数C(t)随时间的演化关系,分析了调制信号的振幅B、频率Ω等对光强关联函数随时间演化的影响. 发现在泵噪音自关联时间τ>>1的情形下,随着调制信号频率Ω、振幅B的增加,C(t)随时间的演化为单调衰减;在τ>>1的情形下,随着调制信号频率Ω、振幅B的增加,C(t)随时间的演化均为周期性振荡衰减.     

周期信号调制色泵噪音驱动下单模激光光强关联函数的时间演化特性

采用周期信号调制色泵噪音驱动的单模激光模型,运用线性化近似方法研究了单模激光系统光强关联函数C(t)随时间的演化关系,分析了调制信号的振幅B、频率Ω等对光强关联函数随时间演化的影响.发现在泵噪音自关联时间τ<<1的情形下,随着调制信号频率Ω、振幅B的增加,C(t)随时间的演化为单调衰减;在τ>>1的情形下,随着调制信号频率Ω、振幅B的增加,C(t)随时间的演化均为周期性振荡衰减.     

基于多采样率的复合频率信号频率计设计

研究一种20 Hz～20 kHz双频复合频率的信号频谱在工程技术领域中具有重要应用意义;在对复合频率信号频谱理论分析的基础上,采用了一种多采样率计算复合频率信号频谱的方法,该方法在采用高采样率采集样本进行FFT变换频谱预估计的基础上,利用降采样率的方法再进行一次FFT变换频谱分析,然后结合频谱混叠时信号的频域特征利用预估计的频谱信息计算出高分辨率的频谱信息;该方法计算量适中,可以满足实时性要求;利用TI公司的TMS320F28234 DSP作为处理器构建了一个复合频率信号频率计,可以采集输入的复合频率信号并进行多采样率的频谱分析,经测试该频率计可以实时发送复合频率信号的频谱信息到上位机,频率分辨率达到2 Hz。     

水声波导中包络线谱强度数值预报

为了预报声呐远距离检测包络线谱的性能,本文分析在辐射噪声传播过程中包络线谱强度衰减的原因及提出在水声波导中包络线谱强度的数值预报方法。依据周期性局部平稳过程对舰船辐射噪声建模,推导出无噪声干扰及有噪声干扰下的包络线谱强度的数学表达式,获得了包络线谱强度传播衰减的规律,在水声波导中包络线谱声级传播规律与平稳谱一致,但包络线谱高出连续谱的强度的衰减取决于随信噪比变化的调幅深度修正因子。包络线谱强度数值预报方法如下:先利用传播衰减的数值方法例如用简正波方法波数积分方法PE方法等求出平稳辐射噪声的传播衰减,再求信噪比,最后依据调幅深度修正因子获得包络线谱强度降低的分贝数,预报出在水声波导中任意一点包络线谱信号高度。该理论和数值预报方法具有创新性,实用,简单,适合工程应用。      

片状放大器小信号噪声增益功率谱的理论计算

 根据小信号的Bespalov-alanov理论,考虑光束的自由空间传输,计算了级联片状放大器小信号噪声的功率增益谱,通过比较不同参数的功率谱的变化,分析了影响功率谱强度及最大增益频率的因素。结果表明,以B积分作为非线性自聚焦效应强弱的唯一判据是不够的,除了B积分外,还应给出噪音的等级。对于级联片状放大器,考虑和不考虑光束的自由传输,极大增益的中心频率的差别很大,在空间滤波器小孔的截止频率的选择时必须考虑到这一点。     

片状放大器小信号噪声增益功率谱的理论计算

根据小信号的 Bespalov-Talanov理论 ,考虑光束的自由空间传输 ,计算了级联片状放大器小信号噪声的功率增益谱 ,通过比较不同参数的功率谱的变化 ,分析了影响功率谱强度及最大增益频率的因素。结果表明 ,以 B积分作为非线性自聚焦效应强弱的唯一判据是不够的 ,除了 B积分外 ,还应给出噪音的等级。对于级联片状放大器 ,考虑和不考虑光束的自由传输 ,极大增益的中心频率的差别很大 ,在空间滤波器小孔的截止频率的选择时必须考虑到这一点     

水下声辐射激励水表面声波的特征参数测量

采用激光干涉方法对水下声辐射激励水表面声波的特征参数频率和振幅进行了测量研究。从理论上对水表面声波激光相干测量信号的频谱构成进行了分析,在此基础上提出了水表面声波两个重要声学参数频率和振幅的解算方法,并通过数值仿真进行了验证。搭建了一套简单的激光干涉测量实验系统,对不同频率和声压激励的水表面声波进行了测量实验,验证了水表面声波频率和振幅解调方法的准确性。对水表面声波横向传播的振幅衰减现象进行了初步的实验研究,结果表明水表面声波的频率越高,振幅的横向衰减越快。研究表明激光相干检测方法能够准确地实现水表面声波振幅和频率的测量。      

基于一种优化的梳状布里渊增益谱实现对任意周期信号的零展宽快慢光

在理论分析任意信号实现无畸变快慢光所需条件的基础上,根据周期信号的频谱特点,推导出一种优化的梳状布里渊增益谱的普适公式.利用该普适公式,可根据所需时间延迟或超前量,方便地得到周期信号每个离散频谱分量所对应的各离散布里渊增益谱的强度和增益谱峰值相对于频谱分量的偏移量,从而确定整个梳状布里渊增益谱的形状.通过对正弦信号、周期性高斯信号和周期性方波信号的数值计算,结果表明,利用该优化的梳状布里渊增益谱可实现这三种周期信号在零展宽下的快慢光,证实了所得普适公式的正确性.此外,通过调节各离散布里渊增益谱的强度和偏移量,时间延迟或超前量连续可调.     

用白光光学处理技术实现语音的频谱分析

本文提出了利用白光光学频谱分析系统获得语音信号彩色编码频谱的技术。借助于阴极射线示波器,首先将录制在磁带上的语音信号用密度调制的方法转变为照相底片的振幅透射率的变化,从而实现信号由时域到空域的转变。然后在白光光学频谱分析系统中,利用放置在傅里叶频谱面上的取样狭缝得到按频率假彩色编码的频谱图。文中用部分相干理论对白光光学频谱分析系统作了初步的讨论,并给出了若干中文语音信号的频率假彩色编码谱图。     

雷雨次声波的三维动态频谱测量研究

采用三台电容式次声接收器，在北京昌平安装次声三点阵，并测量到2000年7-8月15次强雷阵雨的次声波P-t曲线及其三维动态频谱，频谱分析结果表明：（1）雷阵雨的次声波主要来自雷次声。（2）雷次声的频谱有三大特点：其一是听到雷声越响时，雷次声振幅越强；其二是特强振幅持续时间很长；其三是周期范围时而连续、时布分布在周期较长和较短端，形成谱图上一个个空洞。据此可区别与其它次声波。（3）初步探讨了雷次声的产生机理和传播特点。     

浅海涌浪对表面声道声传播的影响

受海面强风和海-气相互作用影响,表面声道普遍存在于冬季海洋环境中,是一种天然有利于声传播的波导.但是海面波浪使得海表形成粗糙界面,会严重破坏这种优良性能.本文利用南海北部海区的一次冬季声传播实验数据,研究表面声道声传播特性.研究表明,海底底质对表面声道内声传播的影响较弱,当海面风较小时,涌浪造成的影响为主要原因.实验数据显示,考虑涌浪后的粗糙海面给70km远处带来了10dB的传播损失增长.因此在考察南海北部海区冬季声场特性时,不仅要考虑海面风浪的影响,更需要考虑周围海域传来的涌浪的影响.研究涌浪存在时的声传播特性对提升声纳设备在海况较差时的使用性能具有重要意义.     

Spatial correlation of hydroacoustic signals in a biaxial underwater sound channel

In the hydrological conditions of a biaxial sound channel, the cross-correlation between acoustic signals received at points spatially separated (from 10 to 63 km) along the sound propagation track is investigated. The signals are received by a narrow-beam array scanning in the vertical plane. The beam width is ～2° at the mean frequency (1 kHz) of a pseudo-noise signal. It is noted that, as the distance between the points of reception increases, the correlation decreases. This is mainly caused by the effect of the multipath propagation with an incomplete resolution of signals in arrival angles, rather than by changes in the “water” signal spectrum due to the attenuation.     

Temporal coherence of sound transmissions in deep water revisited

This paper examines the signal coherence loss due to internal waves in deep water in terms of the signal coherence time and compare to data reported in the literature over the past 35 years. The coherence time of the early raylike arrivals was previously modeled by Munk and Zachariasen ["Sound propagation through a fluctuating stratified ocean: Theory and observation," J. Acoust. Soc. Am. 59, 818-838 (1976)] using the supereikonal approximation and by Dashen et al. ["Path-integral treatment of acoustic mutual coherence functions for arrays in a sound channel," J. Acoust. Soc. Am. 77, 1716-1722 (1985)] using the path integral approach; a -1 [corrected] power frequency dependence and a -1/2 [corrected] power range dependence were predicted. Recent data in shallow water in downward refractive environments with internal waves suggested that the signal coherence time of the mode arrivals follows a -3/2 power frequency dependence and a -1/2 power range dependence. Since the temporal coherence of the acoustic signal is related to the temporal coherence of the internal waves, based on the observation that the (linear) internal waves in deep and shallow waters have a similar frequency spectrum, it is argued that the modelike arrivals in deep water should exhibit a similar frequency dependence in deep and shallow waters. This argument is supported by a brute-force application of the path integral to mode arrivals based on the WKB relation between the ray and mode. It is found that the data are consistent with the -3/2 power frequency dependence but more data are needed to further test the hypothesis.     

基于VHF辐射源短基线定位系统对闪电放电过程的研究

利用闪电VHF辐射源短基线定位系统2009年东北大兴安岭地区的观测资料,对正、负地闪和云闪放电过程中的VHF辐射源进行了定位研究.根据闪电VHF辐射源的二维位置(方位角和仰角)随时间的演变特征,结合同步观测的快、慢电场变化资料分析发现,持续时间较长的地闪预击穿过程在云中的放电通道呈双层结构,预击穿过程结束阶段的云内放电表现为反冲流光,预击穿过程的平均速度在10⁴m/s量级.预击穿过程为梯级先导的发展提供了必要的条件,梯级先导从预击穿起始位置开始并向下发展,产生较强的辐射,平均速度在10⁵m/s量级.K过程主要是流光沿之前已电离通道的传输.正、负地闪回击阶段前后的放电特征有明显不同,正地闪回击之后,连续电流期间的较长时间的云内放电产生较强的VHF辐射.对闪电在125---200MHz频段范围的VHF辐射频谱特征的统计分析发现,辐射能量呈现出幅值随频率增加而减小的趋势,在通带范围上基本遵循f^-2.9的衰减率递减.     

浅海矢量声场干涉结构形成机理及试验研究

浅海低频声场的微观结构特征在于具有可用波导不变量表征的 稳定空间-频率干涉结构.声场兼具标量场和矢量场, 波导条件下二者联合决定声场的全部特性. 本文研究浅海声场空频干涉结构的矢量场特征. 理论分析了声压谱、动能密度谱、声强流谱等矢量场干涉结构的形成机理, 探讨了矢量场干涉结构的波导不变量表征, 数值仿真研究了Pekeris波导中能量和能流密度的干涉特性, 进行了宽带声源辐射矢量声场干涉特性及表征的海上试验.实测结果与理论、仿真分析有较好的一致性. 研究结果表明: 中近程和中远程声场均能模态相干, 有稳定的空频干涉结构, 并且矢量声场空频干涉结构存在多种形式, 除各种能量和能流密度谱图外, 相干系数谱也呈现干涉特征, 这些形式的空频干涉结构均可用波导不变量理论有效表征. 关键词： 矢量声场 干涉结构 波导不变量 浅海低频声场     

Features of the energy structure of acoustic fields in the ocean with two-dimensional random inhomogeneities

The paper is devoted to the analytic study and numerical simulation of mid-frequency acoustic signal propagation in a two-dimensional inhomogeneous random shallow-water medium. The study was carried out by the cross section method (local modes). We present original theoretical estimates for the behavior of the average acoustic field intensity and show that at different distances, the features of propagation loss behavior are determined by the intensity of fluctuations and their horizontal scale and depend on the initial regular parameters, such as the emission frequency and size of sound losses in the bottom. We establish analytically that for the considered waveguide and sound frequency parameters, mode coupling effect has a local character and weakly influences the statistics. We establish that the specific form of the spatial spectrum of sound velocity inhomogeneities for the statistical patterns of the field intensity is insignificant during observations in the range of shallow-water distances of practical interest.     

西北太平洋副热带模态水区域声传播特性*

西北太平洋副热带模态水(STMW)是在西北太平洋夏季出现的温跃层中温度、盐度和密度具有垂向均一性的水团。由于西北太平洋副热带模态水(STMW)的存在,深海声速剖面呈现出双跃层结构,对深海远程声传播产生较大的影响。本文对比分析了西北太平洋副热带模态水(STMW)区域夏冬两季典型声速剖面环境下的声传播规律。分析结果表明,夏季声速剖面环境下,声源位于浅层声道宽度内时,声传播为浅层声道的类深海声道传播与会聚区传播的复合形式。掠射角较小的声线被限制于浅层声道中,增加了会聚区内的到达结构,并且增强了在影区的声能量,在第二影区内的传播损失比冬季声速剖面环境下最多低近60dB。本文推导了浅层声道的截止频率的近似表达式,分析结果表明,截止频率主要由浅层声道的宽度和正梯度段的声速差值决定,夏季STMW区域浅层声道截止频率主要集中在100Hz左右。     

大陆架低频声传播建模研究

在过去的几十年中大陆架斜坡海域的低频声传播得到越来越多的重视。针对爆炸声作为声源的一次海上实验测量数据,对大陆架海域的低频远距离声传播进行了建模研究。在实验过程中单水听器布放在水下大约240m处接收爆炸声信号,对两条不同测线的传播损失进行了处理。本文结合海底地声模型并考虑了声速剖面的水平变化,利用抛物方程方法对传播损失进行建模。模拟计算该海域的传播损失同实验测量数据相比具有较好的一致性。