一种低声速沉积层海底参数声学反演方法

软泥底环境下沉积层参数的声学反演是国际水声领域的一个研究热点.浅海中,当高声速基底和海水之间存在一层低声速(小于海水声速)的沉积层时,小掠射角情况下不同频率声传播损失会出现周期性增大现象.基于此现象,提出一种适用于低声速沉积层的海底参数声学反演方法.首先,推导给出小掠射角情况下传播损失周期增大的频率间隔与沉积层声速、厚度及近海底海水声速之间的解析表达式;其次,利用一次黄海实验中软泥底环境下的宽带声传播信号,提取了小掠射角下传播损失增大的频率周期;再次,把该解析表达式作为约束条件,结合Hamilton密度与声速的经验公式,采用匹配场处理反演给出沉积层的声速、密度、厚度及基底的声速、密度;然后,利用声传播损失数据反演得到泥底环境下不同频率的声衰减系数,通过拟合发现泥底声衰减系数随频率近似呈线性关系;最后,给出了双层海底模型和半无限大海底模型等效性的讨论.反演结果为低声速沉积层海底声传播规律研究与应用提供了海底声学参数.     

孤立子内波引起的高号简正波到达时间起伏

在新泽西附近海域进行的浅海实验(Sw'06)观测到了大量的孤立子内波.利用SW'06海洋环境资料分析了有无孤立子内波存在时的脉冲声到达时间起伏.发现当孤立子内波出现时, 1号简正波到达时间较为稳定,而一些高号简正波到达时间比第1号简正波提前,且随着温跃层深度变化而起伏.经射线理论分析表明:由于孤立子内波出现,导致温跃...     

浅海声场垂直振速与水平振速相关特性及应用

基于矢量水听器记录的质点振速信号,研究了浅海声场垂直振速与水平振速的相关特性,理论与仿真结果表明记录的垂直振速与水平振速的相关系数是矢量水听器俯仰角度的函数,矢量水听器不发生俯仰时二者的相关系数约为零.基于上述特点,提出了一种利用矢量水听器记录信号自适应校正矢量水听器俯仰姿态的方法,实验结果表明,该方法能有效校正矢量水听器俯仰姿态.     

海底反射损失的一种反演方法

本文以浅海平滑平均声场理论为基础,提出一种由传播衰减反演海底反射损失的方法.我们用一组参数来分段线性表示海底反射损失,要求计算的与测量得到的传播衰减之间的均方误差最小.文中采用Gauss-Newton迭代法将问题分解为一系列线性最小二乘问题,利用Levenberg-Marquardt方法改善了解的稳定性.最后列举了计算机模拟与反演实例,表明本方法可获得满意的结果.     

浅海平均混响强度的数值模拟

海中混响是回声探测的严重干扰。利用本文给出的混响模型可较快地计算分层海洋中平均混响强度的衰减规律及深度结构。 对于近程混响,由于海水非均匀性的影响较小,使用均匀层的射线方法计算。对于远程混响,使用简正波方法计算,它保持了平滑平均后的深度结构。在中等距离上两者能很好地衔接起来,由于考虑了复本征值对简正波入射场的影响,提高了计算精度,通过比较不同散射模型对混响强度计算的影响,提出以分离型二元散射模型作为混响数值模拟的基础,使能由界面反向散射系数估算二元后向散射系数,并大大简化混响强度的数值计算。     

水平变化浅海声波导中模态特征频率与声源距离被动估计

针对水平变化浅海声波导中声源宽容性被动测距问题,理论分析了海底地形水平缓变浅海波导中卷绕变换基础上的低频声场特征频率.推导了绝对硬海底时水平变化波导中声场模态时频到达结构以及模态瞬时相位的表达式,由该表达式给出了特征频率与收发距离的变化关系,进而提出了水平变化浅海波导中声源距离被动估计的修正方法,通过仿真和实验对理论与方法进行了验证.     

浅海中简正波的衰减与群速

本文从均匀浅海的频散方程出发导出了计算简正波衰减与群速的公式,并通过数值例子比较了它们的精度。文中特别讨论了临界简正波的衰减与群速,证明Pekeris浅海中临界简正波的衰减与群速一般小于海底吸收与声速,从而修正了 Kornhauser,Raney,Weston与Tindle关于临界简正波衰减与群速正好等于海底吸收与声速的结论。     

水声物理、信号处理与海洋环境紧密结合是水声技术发展的趋势

声波是目前唯一能在海洋中远距离传播的波动形式，发展水声技术具有极其重要的应用背景。作为一门交叉学科，近十年来水声技术的发展是与水声物理、信号处理以及海洋环境的紧密结合是分不开的，本文利用最近的研究成果来说明这一趋势。     

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     

海面与海水介质起伏对不同路径相干性的影响

本文给出一种计算不同路径相关系数的近似方法。文中讨论了一些具体例子,得到一些有意义的结果。