近似声斗篷的多层介质覆盖水中弹性球壳的声散射

对水中弹性球壳的低频覆盖层消声效果和消声机理进行研究。声斗篷(Acoustic cloak)是各向异性的超常材料,根据有效介质近似理论(Effective MediumApproximationTheory),采用各向同性多层介质近似各向异性材料的声斗篷,推导出覆盖多层介质水中弹性球壳散射声场的解析表达式,计算了弹性球壳覆盖多层介质前后的散射形态函数、谐振模态以及声场分布,分析了覆盖前后球壳的声散射特性和声传播机理。研究表明,覆盖层内的声波在多层介质之间的声传播方向发生改变,声场形成弯曲变形,声能流绕过目标,这不仅极大的降低了低频散射强度,而且使到达弹性体表面的声场强度非常小,散射频响中除了0阶子波产生的第一个谐振峰外,无法激发弹性球壳的其它谐振模态,有效的抑制弹性球壳的谐振散射。      

浅海环境噪声垂直指向性探测海底参数

浅海环境噪声垂直指向性和海底地声参数密切相关,可以利用它来反演海底参数。本文在水平分层介质噪声场模型下,讨论了海底参数对噪声垂直指向性的敏感度,并假设半无限大液态海底,采用效率较高的自适应单纯形模拟退火算法全局寻优,根据中国某海区实测噪声数据,估计了海底声速、密度及衰减,分析了反演结果的不确定性。鉴于声速和密度在不同频率的反演结果不够一致,文中提出多频海底参数联合反演方法,提高了反演海底声学参数的精度。     

部分充水有隔板弹性球壳的声散射

根据弹性体运动方程和目标散射的积分方程,应用有限元和边界元方法(FEM/BEM)研究部分充水、结构弹性球壳的声散射特性,并计算了球壳内有、无隔板和部分充水情况的归一化散射形态函数,分析了谐振散射机理。结果表明,部分充水、无隔板球壳的谐振特性主要与充水情况有关,谐振是由内部水介质与球壳共同作用产生的;部分充水、有隔板球壳的主要谐振特性与无水情况的特性相差不大,内部水层中的声场较弱,说明谐振特性主要由球壳和隔板决定,但是,隔板一侧充满水时,球壳的散射特性与部分充水情况有很大不同。     

有限元法分析空腔周期分布粘弹性层的声特性

运用有限元方法研究水中空腔周期分布粘弹性层及粘弹性层附在钢板上、并位于水和空气之间的声特性。结果表明,在低频,水中有空腔的粘弹性层比无空腔的粘弹性层有较大的反射;空腔的形状和谐振对低频声特性产生很大影响。给出了粘弹性层具有球形、圆柱形和圆锥形空腔的振动模式和声特性的数值结果。     

考虑噪声源深度分布的海洋环境噪声模型及地声参数反演

考虑到海洋环境噪声源深度分布不集中,建立了噪声源随深度分布的海洋环境噪声模型,分析了源深度对噪声场垂向特征的影响并从简正波角度予以解释,发现海底声阻抗和声源深度都显著影响由海洋环境噪声获得的等效海底反射损失大掠射角部分,进而将该模型用于地声参数反演.两段实测噪声数据200—525 Hz频段的反演结果表明:基于海洋环境噪声的地声参数反演最优值与声传播的反演结果相近;源平均深度最优值随频率增加有变小的趋势,说明随频率增加环境噪声主要贡献源逐渐由航船转为风浪;当海况大于3级时,400 Hz以上频段噪声源深度平均值很小,与Monahan气泡理论的描述一致.     

噪声源非均匀分布海洋环境噪声水平声能流理论分析

研究水平非均匀分布噪声源所产生的各向异性海洋环境噪声场声能流。提出一种混合型非均匀分布噪声源模型,理论分析并数值计算了此模型情况下的环境噪声场水平声能流。结果表明:非均匀分布噪声源引起的海洋环境噪声场具有显著非零平均水平声能流;不同接收点的水平声能流明显不同;其幅度和方向取决于各个局部海域不等强度声源产生的合成噪声声能流矢量和。研究了两接收点间噪声的声压和振速水平分量、振速水平分量归一化相关系数随两接收点间距的关系,各量之间表现出较强相关性,为分析水下矢量声场目标探测技术性能提供理论依据。      

覆黏弹层加肋双层板的声反射

为评估覆盖层的吸声性能,研究黏弹层在无限大周期加肋双层板背衬下的声反射。首先通过弯曲波与Lamb波的比较,揭示了板近似理论不适用于黏弹性板的原因。为此采用(黏)弹性理论处理(黏)弹性板,而肋板的处理则采用板近似理论,并用Hull提出的方法解决肋板和平板的耦合问题,得到反射声场的解。与板近似理论计算加肋双层板声反射的结果进行比较验证了本文方法的正确性,对反射系数进行计算分析了背衬对声反射的影响,定义平均反射系数比较了不同覆盖层的性能。结果表明,频率较低时覆盖层无法有效抑制背衬的影响,板间流体层与双层板的耦合作用引起共振散射,肋板与双层板的耦合作用降低声反射。      

基于仿生特征模式匹配的海洋动物声信号识别*

针对小数据量的海洋动物声信号混合识别,将声信号同态分析过程中的线性频率转换为Mel频率,得到模拟人耳听觉特性的Mel频率倒谱系数作为声信号的特征。按照声信号所属的物种建立特征模板,使用动态时间规整算法对待识别特征进行分类识别,并对特征库和识别算法进行优化。分别提取了6种鱼类、3种虾类、12种鲸类的Mel频率倒谱系数,为每个物种建立特征模板。分3次对3种、5种、6种鱼类进行识别,分别获得了100%、96.25%、94.68%的识别率。对6种鱼类、3种虾类、12种鲸类共21个物种进行混合识别,总识别率由87.56%提升至优化后的88.96%。实验结果表明,基于Mel频率倒谱系数和动态时间规整算法的海洋动物声信号混合识别能够在小数据量时获得较高的识别率,优化后的特征库和识别算法能够提升识别率。     

一种海洋环境噪声分步反演地声参数方法

分析不同海底参数对环境噪声垂向空间特性的敏感度,根据海底密度对环境噪声垂直指向性的小掠射角部分不敏感,而对等效海底损失的大掠射角部分相对敏感的特点,提出了一种海洋环境噪声分步反演地声参数方法:先用环境噪声垂直指向性小掠射角部分反演海底声速、衰减;之后利用大掠射角部分来反演海底密度。仿真算例和海上实验数据处理结果验证了该方法的有效性。结果表明:分步反演加强了匹配物理量对海底参数敏感部分的关注,在反演结果精度(海底密度)以及反演效率上都有所改善,具有一定可行性。      

海洋信道随机性引起的船舶噪声线谱衰减

阐述准周期性随机声脉冲序列作为船舶噪声模型的普适性,侧重讨论船舶噪声准周期性随机声脉冲序列所产生的线谱经随机海洋信道传输后的变化。指出在大多数工况下,船舶噪声并不是以几种不同频率的加性正弦波直接叠加在宽带连续谱噪声上,而是一类本身并不含有任何有限强度加性正弦波分量的信号。研究结果表明:海洋信道多途效应引起船舶噪声脉冲序列信号时域上时延扩展;海洋信道的随机性使船舶噪声随机声脉冲序列信号准周期性下降,导致船舶噪声线谱相对幅度“额外”快速衰减,对于存在大范围不均匀水团的海洋信道,50 km传播距离上其介质随机起伏引起的船舶噪声线谱“额外”衰减最高可达11 dB。海洋信道随机性引起的船舶噪声线谱衰减不可忽视。