浅海时变声速环境下的自适应匹配场定位算法实现*

针对浅海环境下声速剖面失配引起的匹配场处理器失配问题,提出了一种自适应匹配场定位算法在声速剖面时变环境下的实现方式。将先验声速剖面集简化为经验正交函数表示,结合蒙特卡洛方法与环境扰动约束算法对当下时刻的目标声源进行匹配场定位。本文以某次试验获取的连续20小时的声速剖面数据为研究对象,通过仿真试验对该算法进行验证,结果表明：在先验声速剖面集的半小时之后,利用自适应算法的距离和深度定位成功率较常规匹配场算法有较大提升,其中,深度正确定位概率相对较低。     

非完整阵列接收下的虚拟接收目标定位技术

在浅海近似绝热环境中,利用虚拟接收方法对声源测距的目标定位方法相比于传统的匹配场定位方法可以避免对环境参数和声场模型的依赖,同时省去生成拷贝场时的大量计算·利用虚拟接收方法对声源测距主要是通过估计虚拟声场干涉条纹的斜率进行定位,而非完整阵列接收相当于引入了干扰项,破坏了虚拟声场干涉结构。引入了一种基于图像Hessian矩阵特征值分析的多尺度线性滤波器,通过数值模拟和实验数据处理,结果表明,该滤波器可以有效地增强干涉结构、检测和提取干涉图案中的条纹信息,提高非完整阵列接收条件下的虚拟接收目标定位技术的测距性能。      

利用宽带声场干涉结构特性对移动船只距离的连续估计

浅海移动船只的宽带辐射声场在距离-频率上通常表现为有规则的干涉条纹结构,这些条纹的特性(数目和斜率)可用波导不变量理论来表征并已被用于多种水声反演问题中,如沉积层声学参数反演和宽带声源距离的估计。基于波导不变量理论和干涉条纹的结构特性,利用扩展卡尔曼滤波器分析移动船只LOFAR图中干涉条纹的距离-频率特征可对其距离进行连续估计。该方法不需要海洋环境的信息和前向拷贝声场计算,具有较高的计算效率。海试数据处理结果和GPS数据计算结果比较一致,证实了本方法的准确性。试验数据处理同样证实该方法对初始距离的选择有着较高的稳健性。      

基于简正波分解的不同阵列匹配场定位性能分析

针对利用不同阵列对浅海环境中水下目标的定位问题,基于简正波分解方法,对组合阵的目标声源定位性能进行了研究,着力解决在实际实验环境下定位性能不够高的问题,并降低实验设备布放难度.在浅海环境下,基于匹配场理论的声接收阵可实现目标的定位,但定位性能受阵形、阵元数目等影响.通过研究不同声接收阵的简正波分解矩阵,可以有效辨别不同阵形定位性能的优劣.仿真实验表明,当某一子阵简正波分解效果较差时,会降低组合阵的定位性能.基于实际实验的需求,在对短垂直阵和组合阵性能的研究中发现,由于水平阵对接收声场的定位模糊度函数中的旁瓣有抑制效果,从而造成模糊度函数表面上旁瓣较低,定位目标的主旁瓣比有所提升的现象.仿真实验表明,不同组合阵形的定位准确度均在90%以上,基于实际应用的考虑,组合阵无疑是对定位性能和实验复杂度的折中选择.     

海底介质的声学特性研究

海底作为声波在水中传播的下边界,其声学特性对水中声场分布的影响巨大。在近60年的研究中,海底沉积物的声学特性建模研究已取得众多成果,然而这些成果还远远不能满足现代化水声技术发展的要求。文章从基本的海底结构组成出发,在海底地声建模的基础上揭示出声波与海底的作用关系。     

基于压缩拷贝场向量的空域滤波器设计

近几十年来,匹配场处理技术得到了广泛深入的研究,并针对实际应用提出了一系列的具体处理算法.当感兴趣的水下目标信号被水面强干扰信号掩蔽时,对水下目标的匹配场处理定位性能显著下降.现有的广义空域滤波器可以抑制水面强干扰,但计算速度较慢并且内存消耗较大.提出了一种基于压缩拷贝场算法的空域滤波器设计方案,并通过非相干叠加处理宽带问题.相对于现有的空域滤波器,当接收阵元数N大于波导中有效简正波号数Q时,该滤波器可以大幅度缩减计算时间、节约运行内存,并且保持了对水面强干扰的抑制性能.针对近岸浅海环境进行了仿真计算,并给出了一些近岸浅海海域试验数据处理结果,验证了该空域滤波器的性能和对计算速度的提升.结果表明,应用基于压缩拷贝向量的矩阵滤波器对强干扰下的弱目标进行宽带非相干匹配场定位,可实现水下目标的有效区分.     

利用海洋环境噪声估计浅海海底表层声速

为提高反演效率,提出一种快速估计浅海海底表层声速的方法。根据噪声能流理论,垂直阵接收的海洋环境噪声数据能够用于无源提取海底反射损失,反射损失曲线中具有明显的临界角效应,从而接估计海底表层声速。以射线模型为基础,推导了噪声提取的反射损失与理论值之间的差异,并讨论实际阵列波束形成在不同角度和频率下的性能。考虑到非等声速环境下声线会发生弯曲,需对角度进行修正以提高方法的广泛适用性。不同频率的临界角与有效深度之间存在对应关系,黄海某海区数据处理结果表明,在临界角不变的有效深度内,海底表层可以视为等声速层,该海区海底表层0.5 m内声速估计结果为1547 m/s,与有源反演结果相近。      

环形光纤激光器自混合散斑数值模拟及频谱性能分析

在环形激光器的理论基础上,结合环形掺铒光纤激光器自混合散斑速度传感实验系统,数值模拟了激光器自混合散斑信号的功率输出.分析了自混合散斑信号的平均散斑频率,频谱能量密度性能.研究结果表明,频谱平均频率与物体速度成近似的线性关系,频谱能量密度与探测距离成近似线性关系.     

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介质在发牛弹性形变时,由于泊松系数的存在,会发生横向变化,使得工程应力和工程应变不相等.而且实际工程测量中比较容易得到的是工程应力和工程应变得测量结果.因此这就有必要研究在线弹性阶段工程应力和工程应变之间的关系.对常见的拉伸和剪切形变情况下弹性体的工程应力与工程应变的关系做一初步的讨论.     

γ噪Blazar天体的γ射线和近红外光辐射研究

收集了29个有γ噪的Blazar天体(其中有16个BL Lac天体和13个平谱射电类星体)的近红外流量密度和γ射线流量密度,获得以下主要结果:1)23个天体中的γ射线流量密度和近红外流量密度在低态时存在较强的相关性而在高态时有弱的相关性.2)在29个天体中,有6个天体只有一个观测数据点,将其认为是高态时,γ射线流量密度与近红外光流量密度之间有弱相关性,而认为是低态时有强相关性.3)29个源的γ射线流量密度与X射线流量密度在低态时有相关性,但是γ射线流量与光学流量密度,γ射线流量与射电流量密度均没有相关性.4)在16个BL Lac天体中γ射线流量与近红外光流量不论在高态还是低态都有相关性,而13个平谱射电类星体没有相关性.讨论了γ噪Blazar天体的γ射线辐射机制,认为γ射线的辐射机制主要是同步自康普顿散射.而逆康普顿散射来自绕中心核且温度约为2000K的尘埃,这些尘埃的区域大约有r=3pc,聚束的相对论电子也可能是这种尘埃模型辐射机制的一个重要补充.平谱射电类星体和BL Lac天体的γ辐射机制可能有些不同. 关键词： Blazar天体 星系γ射线观测辐射机制 非热辐射