基于纯方位的浅海距离特征量解算分析

目标辐射噪声的LOFAR图中的干涉条纹包含了目标的运动参数和环境信息。当LOFAR图中的干涉条纹模糊或缺失时,其中的目标距离信息将无法提取。对于匀速直线运动的声源目标,仅利用方位信息,通过构造距离特征量和目标方位的关系模型,给出了一种浅海估计距离特征量的补充方法。浅海数值仿真和实验验证表明了该方法的可行性和有效性。     

强化教学过程 注重教学质量——大学物理教学基本要求的实施研究

本文根据《理工科类大学物理课程教学基本要求》,结合教学实践,从重视课程地位、教学内容调整、教学资源建设、注重教学过程等方面进行了大学物理课程教学改革的探索研究,特别强调教学过程对提高教学质量的重要性.     

动态水声环境不确定性的预报与估计

水声环境具有强烈的时空易变性,为了解其变化中的规律和产生的不确定性,将POM海洋数值模型和水声传播模型FOR3D进行耦合,建立海洋—声学耦合数值模式。对海区的温盐等环境参数和水下声场进行预报,给出了典型断面的温度垂直结构、实验海区声速剖面和传播损失。同时,采用集合卡尔曼滤波(EnKF)方法结合海洋—声学耦合数值模式分析了水声环境的不确定性,对不同深度与频率下,传播损失的均值与满足90%的可能区间进行了计算,同时给出了不同点声速、传播损失、声纳作用距离的不确定性直方图。和实验数据的对比结果表明该方法具有较高的有效性,能对水声环境的不确定性进行合理的预报与估计。     

基于集合卡尔曼变换的东中国海声学 敏感区判定方法*

为改善海洋与水声环境预报质量,针对常规观测成本高、资料利用率低等问题,将适应性观测方法应用于海洋声学领域。结合海洋-声学耦合模式与集合卡尔曼转换敏感区诊断方法,以东中国海宫古海峡北部区域为验证区,计算并分析不同条件下海洋环境敏感区与声学敏感区分布,通过观测系统模拟试验验证适应性观测对验证区预报的提升效果。结果表明,两种敏感区位置随时间间隔增加均向验证区上游移动,海洋环境敏感区相比于声学敏感区分布更为集中,且平移特征更明显;对海洋环境敏感区和声学敏感区添加适应性观测均能提升海洋与水声环境的预报质量,提升效果随时间间隔增加而减小,在某种类型敏感区的适应性观测对相对应参数的预报质量提升效果优于对其他类型敏感区进行观测的效果。     

开放课程下物理学优质教育资源的建设与共享

近年来,MOOCs对当今高等教育格局带来了巨大的影响,国家精品开放课程属于我国应对措施之一,国家精品资源共享课的建设属于其中一项重要内容.本文结合山东大学"物理学"国家精品资源共享课的建设工作,主要研讨了如何在目前开放课程背景下实现物理学优质教育资源的可持续建设和共建共享.     

采用小生境遗传算法反演浅海声速剖面研究*

针对浅海声速剖面反演问题,采用小生境遗传算法,结合声线搜索的最快本征声线匹配反演,实现浅海负跃层条件下的声速剖面估计。利用经验正交函数对声速剖面的多参数不确定性降维,依据声场计算模型获取的最快特征声线传播时延与观测声传播时长进行匹配,采用小生境遗传优化算法,获取最优经验正交函数估计,实现声速剖面反演。按上述方法反演处理浅海声传播实验数据,结果表明,该方法针能够有效反演浅海声速剖面,并且显著优于传统遗传算法反演结果。     

海洋水声环境敏感区诊断与适应性观测研究进展

传统的海洋水声环境观测通常是大范围的随机观测,缺少针对性,非常时期观测平台在交战海区实施系统观测困难,如何利用有限的观测资源获取有效的观测数据提高观测效率是目前亟需解决的问题。本文提出海洋声学敏感区诊断与适应性观测概念,介绍了相关研究进展,该项研究有助于我们改进目前传统的观测系统设计,提高观测网建设效益,根据敏感区位置,可建立移动的补充观测系统开展适应性观测,从而发展我国新型的海洋观测体系,为改善海洋水声环境预报质量提供有效观测数据。     

三维信息测量的运动声源无源测距

针对运动声源无源测距问题,给出了目标方位、多普勒频移和距离特征量作为测量信息来估计目标初始距离的方法。通过伪线性化的处理方法,构造了一个异方差的线性模型。在声呐平台直航条件下,证明了非径向运动的声源目标,利用3个目标方位、2个多普勒频移和2个距离特征量的观测信息,可以唯一地确定目标的距离、速度和航向,而仅利用目标方位和距离特征量的观测信息,系统是不可观测的。蒙特卡洛数值模拟表明:对于初始距离5 nm(海里)的情形,三维信息测量方法比参考方法的目标距离的平均收敛时间要少200 s左右,收敛时间标准差要少40 s左右。随着初始距离的增加,两种方法收敛时间差有变大的趋势,这意味着三维信息构造的方法的稳健性优于参考方法。实验数据也进一步验证了在300 s左右,目标距离的估计逐渐趋于收敛。因此,该方法可以在稳定的干涉结构条件下,实现运动声源的无源定位。      

线性等式约束下的纯方位目标运动分析

对于匀速直线运动的声源目标,为了缩短解算目标运动要素的时间,提高解算目标运动要素的精度,本文利用距离特征量导出了不同时刻间的目标距离关系,并将该距离关系转化为状态变量的两种线性约束,即硬约束和软约束。结合伪线性法,给出了两种改进的Kalman滤波算法,在理论上证明了硬约束条件下的状态估计优于软约束条件下的状态估计,软约束条件下的状态估计优于无约束条件下的状态估计。数值模拟和实验验证表明了新方法的可行性和有效性,随着目标方位方差变大,新方法的收敛时间和精度越来越优于经典方法。     

海洋-声学耦合模式捕捉水声环境不确定性

考虑到海洋环境的时空变化对水声环境不确定性的影响,建立了海洋-声学耦合数值模式,实现了并行计算。该模式将声学计算纳入到运动的海洋中,从而实现了对水声环境的动态预报和估计。同时,采用集合预报方法对典型断面的温度垂直结构、实验海区声速剖面和传播损失进行预报,并给出了声速剖面的预报误差、不同深度与频率下,传播损失90%的概率区间以及声速、传播损失、声呐作用距离的不确定性直方图。结果反映了海洋时空变化对水声环境不确定性的影响,量化了水声环境中不确定性的大小。实验结果表明该方法可以刻画海洋动态变化引起的水声环境不确定性,并对其进行了量化和描述。