浅海内波环境下声场时间相关特性

浅海内波是导致声场时间相关半径减小的一个重要原因.利用2015年南中国海声传播起伏实验,对比分析了线性内波以及孤立子内波环境下声场时间相关半径的统计特性.实验数据(175～225 Hz)表明,大振幅孤立子内波的存在极大地降低了声场的时间相关半径,声场时间相关半径从线性内波环境下的1～3 h,降低为孤立子内波环境下的小于...     

浅海内波与声场起伏

本文对存在于尖锐负跃层浅海中的内波,及其引起的声场起伏进行了初步的实验研究,在3.6公里上测得的声场振幅起伏与内波活动有明显的关联性,但其统计特性不完全一致,所测内波温度谱接近于ω^-3而振幅起伏谱接近于ω^-2,对引起振幅起伏之机制我们倾向于Desaubies的看法。     

浅海声场的角度分布

分层介质中简谐点源的声场具有确定的角度分布。应用射线理论虽然也可计算给定接收点声场的角度分布,但是它不能反映重要的信号参数——频率对声场角度分布的影响,此外射线理论还无法计算影区中的声场。本文应用简正波理论讨论分层介质中声场的角度分布,获得了声场角度分布的一般表达式,以及定向接收时的声场衰减规律。所得结果可以应用到射线声学影区,并且反映了声场随频率的变化。当研究水声信道和信号在其中的检测效果时,利用本文的结果可以选择最佳的接收方向。对于选取的介质模型进行了数值计算,分析和讨论了所得结果。     

深远海线性内波条件下声场时间相关性的空间分布

深海声场特定的干涉结构导致其时间相关性的空间起伏,研究这种空间特性可以为水声信号的探测与处理提供重要参考。利用抛物方程声场仿真模型,联合Monte-Carlo数值方法计算分析了深远海线性内波条件下声场时间相关性的空间分布特性。与现有的研究相比,给出了时间相关性的距离和深度起伏特征。结果表明,当接收达到一定距离,声场时间相关性的空间分布具有与声场干涉条纹类似的结构,声场干涉越强,时间相关性越好。此外,声源频率和声速标准差的变化会引起时间相关性空间分布规律的改变,且会聚区传播模式下的改变强于深海声道传播模式。     

浅海相干声场不确定性研究

提出一种采用随机响应面法求解浅海中含不确定参数波动方程的方法.将海洋环境不确定参数表示为标准随机变量,利用Hermite多项展开式表示相干声场的随机响应,用概率配点法求解随机多项式系数后,获得相干声场的近似表达式.通过与Monte Carlo法、声场位移法比较,表明本文方法计算精度和效率较高.     

浅海平均声场的数值预报方法

本文介绍了浅海平滑平均声场的理论,并将适合于远距离的平滑平均声强表式同适合于近距离的虚源声强表式结合起来,给出一种比较完整的计算平均声场的方法。编制了相应的计算机程序,使平均声场的计算变得容易而迅速。文中给出了一些应用的例子,计算结果与实验很好地符合。     

浅海远程混响理论

本文从一定的混响模型出发,利用简正波理论讨论了浅海负梯度情况下由海底散射引起的远程混响问题。通过对简正波声场的分析,得到了由混响的空间积分表式转换为谱表式的条件,然后根据所得到的混响强度和自相关函数的谱表式,分析了有限带宽的调幅脉冲声的远程混响,所得结果便于对浅海远程混响作出预计。     

浅海表面声道中的简正波声场

本文讨论简谐点源在浅海表面声道中的声场,给出简正波的近似解。假定海水声速随深度单调增加,利用在反转点连结的WKB近似,导出简正波极点方程与振幅函数的近似表式,得到简正波的群速与指数衰减系数。这些表式形式上都很简单,物理意义清楚,并便于计算对于两个具体例子分别计算了近似解与精确解的数值,比较结果表明,近似解具有一定的准确性。     

负梯度浅海声场的平滑平均结构

本文求得负梯度浅海声场的过渡区及其分层特性;获得的场强结构函数没有经典W.K.B.方法的发散困难。     

浅海矢量声场极化特性的深度分布规律

海洋波导环境中声场的极化特性可为水下目标探测提供新思路,因此对极化特性进行研究很有意义.本文将Stokes参数扩展到宽带形式,利用非平稳相位近似方法对公式进行简化,降低了理论推导的复杂性,并揭示了极化特性在声源深度及声源对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值仿真结果表明:使用非平稳相位近似进行简化后的公式是有效的,可以较好地表征出极化特性的深度分布规律;同时,通过对宽带Stokes参数归一化,可以去除水平距离对极化特性深度分布规律的影响;随后,以归一化宽带Stokes参数为研究对象,分析了声源频率、声源深度、声速剖面及海水深度等参数对极化特性深度分布规律的影响.通过RHUMRUM实验数据处理结果验证了非平稳相位近似的有效性和归一化宽带Stokes参数的距离无关性质.相关结论可为基于矢量场极化特性的被动目标深度估计提供理论依据.     

负梯度浅海中的简正波声场

本文讨论简谐点源在负梯度浅海中的声场,文中假定海水声速是随深度单调减小的缓变函数,无需给出具体的函数形式。我们导出了简正波的极点方程与振幅函数的近似表达式,这些公式应用于具体问题容易获得数值解。简正波群速与指数衰减系数的计算公式也具有十分简单的形式,并得到较好的几何解释。     

浅海声场单模激发的自适应逆控制算法

提出了一种基于自适应逆控制理论的单模激发闭环控制算法,采用ε-滤波LMS结构,以期望单模声压矢量作为控制指令,并引入抖动信号,通过误差抵消和误差过滤技术,自适应生成对象控制器。计算结果: (1)期望波形能量与均方误差能量之比SER曲线能较快地达以信噪比SNR为极限的平稳线; (2)控制器c的收敛不以对象Q的自适应准确为前提,即对对象的抖动不敏感。结果表明对于由声源阵列和水听器阵列构成的多输入多输出(MIMO)单模激发控制系统,算法简单、有效,能很好地消除海域对象的扰动和噪声,在浅海波导中激发预期单模。     

浅海远程混响与海底散射强度

利用浅海平均声场角度谱分析法,在海底散射的任意角度关系和浅海均匀层远程混响的距离关系之间建立了变换关系。与国外沿用的深海近程界面混响理论相比,多了多途传播修正因子K（公式18）。利用该变换关系式,由黄海、渤海、东海等5个海区的浅海远程混响资料,推得频率为0.8—4kHz,掠射角为2—10°的低频、小掠角海底散射强度。所得结果与国外深海直接测量的大掠角数据衔接较好。结果同时表明,大陆架高声速海底散射常数（μ）和角度指数（2n）不仅与海区、频率有关,而且与角度范围有关。在掠角很小时,海底散射强度随掠角减小比中等掠角时衰减更快。     

南海北部浅海声场起伏及统计特性

水下声场的时间积分声强和峰值声强是声呐检测中的重要物理量,而海洋中的内波等动力学过程会造成声场强度的起伏。对南海北部浅海内波环境下定点声起伏实验数据分析,结合数值仿真,总结了试验海域近海底发射和近海底接收条件下内波引起接收信号强度起伏的统计特性.分析结果表明:接收信号的时间积分声强起伏小于峰值声强起伏;时间积分声强与峰值声强起伏的概率分布与对数正态分布较为接近.时间积分声强和峰值声强起伏大小与信号的频率有关,同一收发距离,中心频率650 Hz信号的声强起伏较中心频率310 Hz和375 Hz信号的声强起伏更为剧烈。对于同一频率,当海底较平坦时,声强起伏的闪烁指数随传播距离的增加而增大;当水深随传播距离逐渐变深时,声强起伏规律受内波和水深变化共同影响而更为复杂,闪烁指数先随传播距离增加而增大,之后又随传播距离的增加而逐渐变小.     

浅海声场单模闭环发射的最佳估计算法

提出了一种浅海声场单模闭环发射的最佳估计算法。通过对声场格林函数矩阵估计协方差的分析,设计了一种对格林函数矩阵作最佳估计的最佳发射阵权系数矩阵,此权系数矩阵为酉矩阵且各元素绝对值相等。基于此矩阵的单模发射算法可以使得单模激发过程以最快的速度收敛,并且发射稳定。算法的优势在模拟计算中得到了验证。最后给出了海上实验的结果,单模含量高达97%。     

典型浅海温跃层内波对声场起伏的影响

本文描述了在夏季典型海区,温跃层内波起伏和不同距离声振幅起伏的实验测量结果。温度起伏记录时间48.96h,温跃层厚度约2-4m,温差达10-15℃。等温线内波垂直位移有5-6m,且主要受最低阶模式支配。测量获得的内波垂直空间频谱特性中,除潮周期占主要成分外,0.05-0.143cpm(7-20min)之间有明显的谱峰,谱衰减系数在-1.5--1.7之间。数值计算表明内波相、群速度在低频段完全相同,均为0.329m/s;随频率增加,相、群速度从约0.03cpm(33.33min)开始分离,且群速度值下降更快。在不同距离接收点,声振幅信号起伏有8-10dB;随距离增加,起伏有加快的趋势,并伴有信号衰落现象。谱衰减系数在-1,45--2之间。最后,用PE算法,模拟计算在内波起主导作用下的声振幅起伏。     

浅海声场垂直相关与边界反射(散射)损失

在浅海均匀层中,利用三参数海底声学模型,引进声传播有效掠角的概念,推导了声场垂直相关与边界损失等参数的关系;提出了大面积测量低频小掠角海底反射（散射）损失的方法;在0.4—3.15kHz频段内测量了小掠角0.7—15°范围内的边界反射（散射）损失;根据本文结果及有关资料^[9,10],可以较好地解释浅海平均声场过渡距离随频率的变化。     

浅海低频声场中目标深度分类方法研究

分析了浅海甚低频声场中的垂直双水听器的互谱特性,尤其关注了声场中只存在两阶简正波时声压互谱的有功分量.数值计算表明：当两个水听器的深度布放合理时,声压互谱有功分量的正负号分布与水平距离无关,选择合适的水听器深度布放组合,可以用于水面目标、水下目标的双择判决;声速分布对该方法的使用影响不大,海底存在吸收将影响算法的作用距离,但在有效作用距离内,该算法仍有较好的稳健性.运用Pekeris波导有效深度的概念建立了声压互谱有功分量正负号分布特性的近似理论分析并可预报双水听器合理的布放深度.理论分析揭示了双水听器布放深度之和应等于波导有效深度,并且在有效深度限制的波导范围内,整个声场的声压互谱有功分量的正负号分布被分为三个水平区域.理论分析加深了对浅海低频声场特性的理解,对该算法的实际使用有指导意义. 关键词： 目标深度分类 浅海低频声场 声压互谱 有功分量     

理想浅海波导中声场奇异点与声源深度的关系

为了有效利用声场奇异点蕴含的声源参数信息,研究了在理想浅海波导中,远场不同邻阶模态组的声场奇异点与声源深度之间的关系。推导计算了典型浅海声源声场的邻阶模态组奇异点位置,并通过仿真对奇异点的分布进行分析,结果显示邻阶模态组的阶数和阶差越大,奇异点分布越复杂。进一步研究发现,邻阶模态组第一组奇异点的深度和声源深度之间存在联系,并且基于奇异点与声压场的对应关系,在获得准确模态分布的前提下,可以通过两个邻阶模态组的第一组奇异点深度逆运算获得对应声源深度信息,也可以通过第一组奇异点深度反演获得声源深度信息。该文为获取浅海声源深度提供了思路。     

浅海低频垂直相控阵多模声场聚焦研究*

为了提高低频垂直相控阵声场聚焦的环境适应性,增强环境失配情况下的声场聚焦效果,提出一种多模声场聚焦方法。该方法利用环境失配对低阶模态影响相对较小的特点,只利用前3阶模态进行发射权系数的计算。仿真结果表明,多模声场具有较大的聚焦跨度,在环境失配情况下仍能在期望的聚焦位置实现良好的聚焦效果。进一步地,根据巴斯微扰理论计算分析了多模声场的混响特性。由于多模声场聚焦将能量集中到了掠射角较小的低阶模态中,因此比最优权系数聚焦具有更低的混响平均强度。多模聚焦对聚焦深度进行扫描可以实现目标的深度分辨,这在水下目标探测方面具有较高的应用前景。