Three-Dimensional Mode Coupling around a Conical Seamount and the Use of Random Discretization

Three-dimensional mode coupling around a conical seamount in an ocean waveguide is studied. It is shown that strong mode coupling occurs at the edge of a conical seamount for the incident normal modes with significant amplitudes below the top of the seamount. Therefore, mode coupling is critical for the investigation of the acoustic field around a seamount. In addition, we suggest the use of random discretization for representing smoothly varying bathymetry. For the use of uniform discretization, when the horizontal step size is greater than half of the wavelength, artificial diffraction lobes appear due to coherent backscatter. However, by using the random discretization scheme instead, such artificial diffraction lobes are diffused, resulting in a faster convergence rate.     

水平变化双层波导声传播问题的耦合简正波解

为了验证现有模型的精度,导出了全反射下边界双层波导中简正波耦合矩阵的解析表达式,并将其应用到全局矩阵耦合简正波模型(Direct Global Matrix Coupled-Mode)中,使得该模型可以提供水平变化双层波导问题的标准解。文中首先利用COUPLE的简正波及耦合矩阵数值解验证了该简正波及耦合矩阵解析表达式的正确性;其次,采用改进的DGMCM模型求解了双层波导海山声传播损失,结果表明,改进后的DGMCM模型可以非常精确地求解水平变化双层波导问题,可作为求解此类问题的标准模型使用。     

负跃层浅海声传播问题的解析解及其在水下脉冲声传播研究中的应用

提出一个基于波数积分理论的解析解,可用于计算包含海面下均匀层、负跃层、海底上方均匀层以及液态均匀海底的负跃层浅海波导中的声场。对声源位于水体不同层中的情况给出详细的推导,给出深度格林函数的解析解,并介绍了如何利用其计算点源和线源这两种情况下的声场.通过一个典型的负跃层浅海算例,验证了本文所提方法的精度,以及处理点源及线源问题的能力.此外,将本文提出的方法应用于水下脉冲声传播研究。针对某次实验的实际海洋环境,利用本文方法研究接收到的脉冲信号的波形特点,并与利用射线理论分析得到的相邻脉冲到达时间间隔等理论结果进行比较·结果表明,利用本方法得到的相邻脉冲到达时间数值结果与理论值高度一致。本方法非常适用于需要大量重复计算声场的情况,如水下脉冲声传播、海底声学参数反演等问题的计算机仿真研究。      

海洋声学传播新模型

海洋声学模型将我们对海洋中传播的声音在物理上的理解转换为数学表示,进而利用计算机进行模拟计算。海洋声学模型主要包括环境模型、传播模型、噪声模型、混响模型和声纳性能模型。水平变化传播模型研究,包括二维(距离和深度)和三维(距离、深度和方位角)模型研究,是目前海洋声学的重要研究方向之一。     

全局矩阵耦合简正波方法与现有模型的比较

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法具有数值稳定、计算精度高、计算效率高、适用范围广等优点。骆文于等人开发了全局矩阵耦合简正波模型DGMCM (Luo et al, "A numerically stable coupled-mode formulation for acoustic propagation in range-dependent waveguides," Sci.China-Phys.Mech.Astron.55,572(2012))。与现有耦合简正波模型COUPLE相比,DGMCM模型主要有如下改进:无条件稳定;适用范围更广;计算效率更高。DGMCM模型具有与COUPLE模型同等的计算精度,均能提供声场的完全双向解,两者在计算精度方面均优于基于抛物方程理论的单向声传播模型RAM。本文从理论上分析DGMCM模型与现有模型COUPLE和RAM的差异,并利用数值算例加以验证。      

大陆坡海域二维声传播研究

针对在西北太平洋大陆坡外海进行的一次实验中观测到的接收信号能量在声道轴深度附近较为集中的现象,分析了存在向下斜坡时声源置于海面附近和斜坡表面两种情况下斜坡分别对声传播的影响。通过数值模拟,得到了不同声源深度下的传播损失和脉冲的时域波形,数值结果表明,当声源置于海面附近时,声波在水平不变深海环境中随距离衰减很快,而大陆坡的存在可实现能量的远距离传播;当声源置于斜坡表面时,大陆坡会改变水体中声波能量的分布,使其在声道轴深度附近比较集中,这种传播条件下小掠射角声线产生的时间展宽很小,      

杨/柳絮与其他天然纤维的微观结构比较研究

以春季漫天飘飞的杨絮/柳絮为研究对象,将其与棉花/蚕丝天然纤维的微观结构进行比较研究,分别用体视显微镜、扫描电镜观测其形貌;用溴化钾压片法及全反射(ATR)测定FTIR光谱。分析研究其形貌及微观结构,实验结果表明：杨絮/柳絮与棉花/蚕丝天然纤维形貌有显著差异-棉花纤维较粗、且具有优良的拉伸性能,而杨絮、柳絮纤维则较短,拉伸性能比较差;FTIR光谱比较分析,发现棉花与杨絮、柳絮的主要化学结构都是纤维素,但是棉花纤维中氢键结合的羟基(-OH)伸缩振动吸收峰吸收强度明显大于杨絮,这也是导致棉花纤维长、纤维拉伸性能优于杨絮、柳絮的因素之一;蚕丝纤维与棉花、杨絮柳絮这些植物纤维不同,它的主要结构为酰胺结构。它们微观结构的差异决定了这些纤维不同的性能和用途。     

A three-dimensional coupled-mode model for the acoustic field in a two-dimensional waveguide with perfectly reflecting boundaries

This paper presents a three-dimensional(3D) coupled-mode model using the direct-global-matrix technique as well as Fourier synthesis. This model is a full wave, two-way three-dimensional model, and is therefore capable of providing accurate acoustic field solutions. Because the problem of sound propagation excited by a point source in an ideal wedge with perfectly reflecting boundaries is one of a few three-dimensional problems with analytical solutions, the ideal wedge problem is chosen in this work to validate the presented three-dimensional model. Numerical results show that the field results by analytical solutions and those by the presented model are in excellent agreement, indicating that the presented model can serve as a benchmark model for three-dimensional sound propagation problems involving a planar two-dimensional geometry as well as a point source.     

水平变化波导中声传播问题的高效稳定耦合简正波解

提出了一种高效、精确而且数值稳定的耦合简正波方法,用于求解水平变化波导中的声传播问题.与现有的数值模型相比,本方法采用合理的归一化距离解,极大地提高了数值稳定性;通过结合一个前向传播过程和一个后向传播过程,该方法极大地提高了计算精度,可用于精确求解水平变化波导中的声传播问题,尤其适用于大角度斜坡以及海底与海水声阻抗差别...