全面感知水声信息的新传感器技术——矢量水听器及其应用

文章介绍了一种新型水声接收换能器——矢量水听器(矢量传感器),它可以同时共点地测量声场的声压和矢量(水媒质质点振速,振动加速度或声压梯度等),使用矢量水听器比常规声压水听器能获得更全面的声场信息,因此,在水声技术中获得了广泛的应用.文中描述了矢量水听器的结构设计和工作原理及特性,给出了一些重要的应用例子.     

基于频带分解和距离加权的单矢量水听器浅海被动测距方法研究

本文针对浅海环境下中低频宽带脉冲声源被动测距问题, 提出了一种声压和水平振速联合处理的被动测距方法. 在浅海波导中, 声压和质点振速的自相关函数卷绕(warping)谱具有稳定的频率特征. 声压和水平振速的自相关卷绕谱具有相同的准线谱特征, 垂直振速自相关卷绕谱具有宽谱叠加线谱的特征, 与声压自相关卷绕谱相比, 其尖峰个数比更多, 且尖峰宽度更宽. 利用引导源, 本文提出了基于频带分解和距离加权的声压和水平振速联合被动测距方法. 利用该方法对2008年冬季青岛海域综合实验中单矢量水听器接收的气枪信号进行处理, 结果表明, 该方法能够实现气枪声源的有效测距. 与传统单声压水听器被动测距方法相比, 该方法可以有效减小代价函数的主瓣宽度、提高测距精度.     

ELECTROMAGNETIC RELATIONS

<正>7.1.Impedances(SI units)p=resistivity at room temperature in 10~(-8)Ωm:~1.7 for Cu~5.5 for W~2.4 for Au~73 for SS 304~2.8 for Al~100 for Nichrome(Al alloys may have double the Al value.)For alternating currents,instantaneous current I,voltage V,angular frequencyω:V=V_0e~(jωt)=ZI.(7.1)Impedance of self-inductance L:Z=jωL.Impedance of capacitance C:Z=1/jωC.     

声压振速联合信息处理及其物理基础初探

研究了水声场声压和振速联合信息处理的一些基础问题,如声压和振速的相关性,平均声强器和指向性的旋转和锐化等。通过理论分析和湖试结果对声压振速联合信息处理技术进行了初步的探讨,为今后进一步的研究打下了基础     

分层介质的正交波函数

一、问题的提出 讨论声波在浅海中传播时,常采用下列介质模型:海面被看成为绝对软边界,海水为分层不均匀介质,其中密度为常数ρ_1,声速是深度的函数c_1(z),海底被看为均匀液体半空间,其密度与声速分别为ρ_2与c_2(见图1)。本文采用物理量Ψ来描述声场,它与声压P及质点振动速度V的关系为: P=ρ~(1/2)Ψ,V=1/(iωρ~(1/2))gradΨ,此处ω是声波的圆频率,ρ是介质的密度。对于图1所示的分层介质,Ψ应满足波动方程     

一种辐射声场近似计算方法——单元辐射叠加法

提出一种基于表面振速预报辐射声场的近似方法--单元辐射叠加法.研究表明,声传递向量中的每项元素等于对应单元以单位速度振动、其它单元振速都为零时的辐射声压,即刚性障板上活塞面以单位速度振动时的辐射声压.在此基础上,利用刚性障板上单位速度振动活塞面的辐射声压直接建立表面振速与辐射声压之间的传递关系,根据这个传递关系对表面振速进行加权、求和便得到总的辐射声压.计算时采用规则形状障板面去拟合实际障板面,以规则形状障板上振动活塞面的辐射声压去近似实际障板上振动活塞面的辐射声压.相对于边界元方法,该方法在计算速度与存储空间上具有很大的优势.计算表明该近似方法是合理的、可行的.     

量子混沌系统本征态的统计非遍历性及其半经典极限

讨论半经典极限下circular unitary ensemble(CUE)系综本征态θ_k(j)的非遍历性质.为研究量子系统本征态在统计上的非遍历性,定义了本征态分布ρ_k(j)的一对统计函数：Φ_N(j)=∑N-1k=0ρ_k(j)²和Ψ_N(j)=∑N-1k=0ρ_k(j),以分别体现量子本征态分布的凸起与凹陷.在随机矩阵理论的框架内,数值地计算了由正交归一的 关键词：     

基于等效源法和双面质点振速测量的声场分离方法

目前基于等效源法的声场分离方法有两种输入方式, 一种以双测量面上的声压为输入, 另一种以单测量面上的声压和质点振速为输入. 本文以双测量面上的质点振速为输入, 提出一种新的基于等效源法的声场分离方法. 首先给出了该方法的理论推导, 然后通过数值仿真和实验验证了该方法的有效性. 通过与基于双面声压测量的声场分离方法的比较, 证明了该方法在分离质点振速方面的优越性. 此外, 在仿真中还研究了干扰声源强度和测量面间距对分离精度的影响. 关键词： 声场分离 质点振速测量 等效源法 近场声全息     

纵波示波器

一、原理:传播纵波的媒质中各点是在沿着波的传播方向做简谐振动,并且在传波方向,每隔一定的距离的各点,它们的相差是相同的。假设距离一固定位置O(例如振源的平衡位置)为x_0的某点A的质点以α为振幅沿与O点距离的方向做简谐振动,则它在任意时刻t对O 点的位移可用下式表示: x=x_0+α·cos((2π))/t[t-x_0/v], 此处T为质点振动的周期,v为波速。又因 v=λ/T,((2π))/T=ω, ∴x=x_0+α·cos[ωt-2πx_0/λ] 此处ω为角频率,λ为波长,振源自平衡位置开始作余弦式振动。由此可以看出:在x_0处的     

有关临界阻尼振动特性的两点证明

对于一个有阻尼的弹簧振子,振动物体的运动微分方程为式中m为振动物体的质量,K为弹簧的劲度系数,r为阻尼系数. 令(ω0为振子固有频率),=2β(β为阻尼因子),则运动微分方程变为上式的解有三种情形: A.当β2>ω01时,有过阻尼振动解 B.当β2=ω02时、有临界阻尼振动解 C.当β2<ω02时,有阻尼振动解 一、对x临(t)“临界性”的证明 当β→ω0时,从表面上看x过(t)和x阻(t)的临界形式似乎是C’1e-ω0t,为什么在x临(t)中会出现c’zte-“。‘项,对这个问题,我们作如下证明. ,设振动的初始条件X一回。,可以定出三种解中的常数,即得 Zgi() 证明1当B…     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

Theoretical study of stereodynamics for the D'+ DS(v=0,j=0) → D'D + S abstraction reaction

Quasiclassical trajectory (QCT) calculations have been performed for the abstraction reaction, D'+ DS(v = 0, j = 0) → D'D + S on a new LZHH potential energy surface (PES) of the adiabatic 3 A electronic state [Lü et al. 2012 J. Chem. Phys. 136 094308]. The collision energy effect on the integral cross section and product polarization are studied over a wide collision energy range from 0.1 to 2.0 eV. The cross sections calculated by the QCT procedure are in good accordance with previous quantum wave packet results. The three angular distribution functions, P(θr), P(φr), and P(θr,φr), together with the four commonly used polarization-dependent differential cross sections ((2π/σ)(dσ00/dωt), (2π/σ)(dσ20/dωt), (2π/σ)(dσ22+/dωt), (2π/σ)(dσ21/dωt)) are obtained to gain insight into the chemical stereodynamics of the title reaction. Influences of the collision energy on the product polarization are exhibited and discussed.     

利用矢量海洋环境噪声提取声场格林函数

考虑到矢量水听器在垂直方向上具有8字形指向性,能够有效抑制远方非平稳噪声源的干扰,提出了一种矢量环境噪声相关函数(NCF)提取声场时域格林函数(TDGF)的方法。基于简正波理论建立了声压和垂直振速垂直相关性模型。在此基础上,给出了声压和垂直振速相关函数提取声场纵向格林函数的过程.数值仿真对比和实验数据分析表明,相对于声压提取方法,垂直振速提取方法能够有效消除直达波前出现的亮纹与亮区干扰。此外,对于同等时间长度噪声序列,声压提取方法只提取到直达波路径,而垂直振速提取方法还提取到了我们更为关心的海底反射路径。利用直达波与海底反射波到达时延差估计的海深与实测海深吻合较好。      

基于双面质点振速测量的声场分离技术

现有的声场分离技术或是基于双面声压测量或是基于单面声压和质点振速测量。本文以二维空间傅里叶变换法作为声场分离算法,提出一种基于双面质点振速测量的声场分离技术。论文首先推导出了该方法的理论模型,随后通过仿真研究验证了该方法的有效性,并通过与基于双面声压测量的声场分离方法的比较说明了其优越性。结果表明:采用基于双面质点振速测量的声场分离方法可以有效实现声场分离;基于双面质点振速测量的声场分离方法可以获得更高的质点振速分离精度,而基于双面声压测量的声场分离方法可以获得更高的声压分离精度。      

厚度与应变效应对La0.67Ca0.33MnO3薄膜电输运与居里温度的影响

在厚度为25—400nm范围内，系统地研究了 (001)SrTiO_3(STO), (001)LaAlO_3(LAO)衬底上La_0.67Ca_0.33Mn_O.3 (LCMO)薄膜的电输运与居里温度T_C随薄膜厚度及衬底的变化. 结果表明，随薄膜变薄，电阻率ρ增加，T_C降低. 对于同一薄膜厚度，LCMO/STO薄膜的ρ大于LCMO/LAO基上的薄膜的ρ. T_C衬底的依赖关系则与ρ相反. 分析表明，LCMO薄膜的低温区电阻温度(ρ-T) 符合关系式ρ=ρ_0+Bω_s/sin h^2(ω_s/2/k_BT)+CT^n， 其中ρ_0为剩余电阻；等号右端第二项反映软光学模声子对电子散射的贡献；第三项包括其余可能散射机 理在电输运过程中所起的作用；B，ωs（软光学模声子的平均频率）与C都为拟合系数. 高温区的电输运则由小极化子跃迁模型ρ=DT×exp（E_a/k_BT）描述（E_a为极化子激 发能）. 根据ρ_0，ωs，E_a以及T_Ｃ变化，初步讨论了薄膜中的厚度与应变效应. 进一步 研究发现ωs，E_a的变化与T_C相关，从而说明极化子效应为影响T_C变化的主要因素. 关键词： 锰氧化物薄膜 电输运 居里温度 极化子     

叶栅正交和局部正交贴体网格的生成方法及其应用

一、二维叶栅正交O型网格的系列保角变换法 1.基本变换过程 变换公式和过程见图1。 在由Ω向ω的变换中,为求待定复常数a、b、c,先令ω(z=±∞)=±1,并定义Ω~+=[g(+∞)]~(1/k),Ω~-=[g(—∞)]~(1/k),由变换ω=(a—bΩ/c)/(1—Ω/c)得b=(—2c+Ω~-+Ω~+)/(Ω~+—Ω~-);a=1—(1—b)Ω~+/c;若r_(max)、r_(min)分别表示边界的最大、最小极径,则求常数c的迭代式为     

厚度与应变效应对La0.67 Ca0.33 MnO3薄膜电输运与居里温度的影响

在厚度为25-400nm范围内,系统地研究了(001)SrTiO3(STO),(001)LaAlO3(LAO)衬底上La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)薄膜的电输运与居里温度TC随薄膜厚度及衬底的变化.结果表明,随薄膜变薄,电阻率ρ增加,TC降低.对于同一薄膜厚度,LCMO/STO薄膜的ρ大于LCMO/LAO基上的薄膜的ρ.TC与衬底的依赖关系则与ρ相反.分析表明,LCMO薄膜的低温区电阻温度(ρ-T)符合关系式ρ=ρ0+Bωs/sinh2(hωs/2/kBT)+CTn,其中ρ0为剩余电阻;等号右端第二项反映软光学模声子对电子散射的贡献;第三项包括其余可能散射机理在电输运过程中所起的作用;B,ωs(软光学模声子的平均频率)与C都为拟合系数.高温区的电输运则由小极化子跃迁模型ρ=DT×exp(Ea/kBT)描述(Ea为极化子激发能).根据ρ0,ωs,Ea以及TC变化,初步讨论了薄膜中的厚度与应变效应.进一步研究发现ωs,Ea的变化与TC相关,从而说明极化子效应为影响TC变化的主要因素.     

海洋环境噪声场中声压和质点振速的空间相干

研究海洋环境噪声场中声压和质点振速的三个正交分量间的空间相干。假定海洋介质水平分层,非相关偶极子噪声源均匀分布于海面,由射线声学理论出发,导出了计算噪声场中声压和质点振速的空间相干矩阵的积分表示式。积分式中的被积函数包含一噪声强度垂直指向性因子,海洋介质分层条件通过该指向性因子影响噪声场的空间相干。针对浅海和均匀半空间环境,给出了相应的空间相干计算结果,发现海洋水文和海底对噪声场中声压和质点振速空间相干的影响不可忽略。     

矢量拖线阵水听器流噪声响应特性

针对传统拖线阵流噪声理论的局限性, 建立了完善的矢量拖线阵流噪声理论分析方法, 可全面准确地揭示矢量拖线阵流噪声响应特性. 基于细长圆柱的湍流边界层压力起伏Carpenter模型, 采用波数-频率谱分析方法对矢量拖线阵流噪声响应特性进行了理论研究, 导出了圆柱形矢量水听器流噪声响应的声压和振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式, 定量分析了流噪声响应功率谱与拖曳速度、水听器尺寸、套管尺寸和材料等参数之间变化规律; 另外, 还讨论了圆柱形矢量水听器偏离护套轴线时矢量拖线阵流噪声响应, 导出了流噪声响应的声压、径向和轴向振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式, 数值计算结果表明: 轴线偏移距离对声压和轴向振速的高频噪声的影响要大于对低频噪声的影响, 而对径向振速的全频段噪声都有明显影响, 且对振速分量影响要远大于对声压影响.     

使用协方差矩阵分解的矢量阵声压振速联合处理波达方向估计

提出一种使用协方差矩阵分解(CMD)的声矢量阵声压振速联合处理方法。该方法将声压振速互协方差矩阵分解为观测方位系数矩阵和剩余协方差矩阵,将系数矩阵与导向矢量结合避免了观测方位的选择,对剩余协方差矩阵进行奇异值分解并重构厄米特协方差矩阵,最后对重构的协方差矩阵实施最小方差无失真响应(MVDR)方法处理。理论分析表明,使用重构的协方差矩阵能够获得更高的阵处理增益。数值仿真结果验证了本文方法的计算量与Nehorai处理方法相近,但较传统声压振速联合处理方法具有更高的阵处理增益和目标分辨能力。