分层砂底对浅海信道声传播影响的研究

推导有指向性脉冲声源在海底是分层结构的浅海中声场的积分表达式;分别仿真了爆炸声源和指向性脉冲源在浅海信道中传播的信号波形,其中假设了海底的沉积层和基底分别由水浸泡的砂和固态介质构成,砂底的参数数值用孔隙介质理论和实测相结合的方法进行选择;此外,在用砂和玻璃珠分别模拟砂层海底的水池内,观测了指向性脉冲源在不同接收点的信号的波形;结果表明:仿真波形的包络得到实验的印证。从而证明本文建立的指向性脉冲源在具有砂层海底的浅海中声场模型是可行的,可用于预报海洋环境参数对接收波形的影响,为水下通信、声呐信号设计与处理提供参考信息。     

Experiments on underwater acoustic tomography

Three full-scale experiments on acoustic tomography of the ocean that were carried out under the supervision and with the participation of L.M. Brekhovskikh by researchers from the Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, are described. An attempt is made to combine and generalize the results of three sets of publications devoted to the Norway Sea (1990), THETIS-II (1994), and ACOUS (1998–1999) experiments.     

Backing effects on the underwater acoustic absorption of a viscoelastic slab with locally resonant scatterers

Backing effects on the underwater acoustic absorption of a viscoelastic polymer slab embedded with locally resonant scatterers are reported. The polymer slab is embedded with two layers of locally resonant scatterers, i.e. Al spheres coated by soft silicon rubber. Theoretical absorption coefficients of the polymer slab under different backings using a layer multiple scattering method show good agreement with the experimental results, which supports unambiguously the experimental observation. Then relations between the resonance modes and the low-frequency absorption peaks of the composite slab are clarified to address the absorption mechanisms. It shows that the mass of the steel backing affects evidently the low-frequency absorption, the absorption peak shifts to lower frequency range while increasing the backing mass.     

海面干涉对船舶水下辐射噪声测量的影响及其消减方法

针对海面干涉对船舶辐射噪声测量的影响,进而导致声源级测量不准确的问题,文章给出了利用时间平均、深度平均、1/3倍频程谱级3种数据处理方法减弱海面干涉的影响,通过模型仿真验证了以上方法的有效性。根据船舶水下辐射噪声测量的国际标准,在浅海测量了某新型科考船不同航速下的水下辐射噪声,并采用前述方法进行了数据处理与分析。计算了不同航速下被测船舶辐射噪声1/3倍频程频带声压级,并与挪威船级社发布的辐射噪声衡准值进行了对比。结果表明被测船舶噪声低频控制较好,高频控制较差,高航速(13 kn)被测船舶的2 kHz以上辐射噪声大于衡准值。     

水下声辐射激励水表面声波的特征参数测量

采用激光干涉方法对水下声辐射激励水表面声波的特征参数频率和振幅进行了测量研究。从理论上对水表面声波激光相干测量信号的频谱构成进行了分析,在此基础上提出了水表面声波两个重要声学参数频率和振幅的解算方法,并通过数值仿真进行了验证。搭建了一套简单的激光干涉测量实验系统,对不同频率和声压激励的水表面声波进行了测量实验,验证了水表面声波频率和振幅解调方法的准确性。对水表面声波横向传播的振幅衰减现象进行了初步的实验研究,结果表明水表面声波的频率越高,振幅的横向衰减越快。研究表明激光相干检测方法能够准确地实现水表面声波振幅和频率的测量。     

点对点移动水声通信技术研究

点对点移动水声通信是实现由活动和静止节点共同构成的水声数据通信网的关键技术之一. 对移动水声通信声信道特性进行了分析,指出不同途径到达的声线对应的多普勒频偏不一致,进一步加大了多途扩展产生的码间干扰的复杂性,不利于水声通信. 提出单阵元被动式相位共轭镜信道均衡技术,可实时自动补偿多普勒频偏,并聚焦多途信号. 将单阵元被动式相位共轭应用于Pattern时延差编码移动水声通信系统,进行了移动水声通信试验,湖试结果验证了其消除码间干扰性能及本文水声通信系统的鲁棒性. 关键词： 移动水声通信 被动式相位共轭镜 时变信道 码间干扰     

In search of a noncontact underwater acoustic source

The history of studies of the photoacoustic effect in liquids and its applications to the development of a “virtual” source of underwater acoustic signals is briefly reviewed. The problem of the efficiency of the photoacoustic conversion is considered. The modes of laser generation of sound, i.e., the thermooptical, nonlinear surface, and nonlinear bulk modes of operation, are discussed taking into account the real features of the marine environment, the most important of them being the surface waves. A review of the publications concerned with the problem of a moving photoacoustic source is presented. Advances in the photoacoustic underwater remote sensing technology are described.     

UMFSK水声通信技术研究

在MFSK基础上,本文提出了UMFSK信道编码方法。采用窄带调频和跳频调制技术,故在一定程度上抑制了由多途效应引起的码内/码间干扰;提出了基于UMFSK的实时信道标校技术,可对信道进行稳键均衡,抗信道多途引起的码内干扰。进行了湖试,取得了试验数据并进行了数据分析。分析表明：UMFSK可抑制码元相消干涉引起的码内干扰,其效果随码元调频带宽的增大而变好;信道标校技术可对信道进行稳键均衡,并由于结构简单,可做到实时实现。基于UMFSK的误码率为10^-3（通信带宽2kHz,速率100-150bps)。     

Experimental assessment of a multicarrier underwater acoustic communication system

This paper presents a multicarrier communication system which transmits information on independent subcarriers to achieve an increased data rate. For this system, a passive-phase conjugation (PPC) based receiver structure is assessed by processing data collected in sea trials. Based on temporal diversity (pulse compression) exploited by PPC processing, an adaptive multichannel decision feedback equalizer is used to remove intersymbol interference, where spatial diversity is exploited by adaptive multichannel combination. The digital phase-locked loop (DPLL) technique is implemented for carrier-phase tracking. In the scenario of low input signal-to-noise ratios (SNRs), the receiver structure achieved superior performance using a common DPLL. In a depth-fluctuated environment, two sea experiments were conducted over ranges of 2 km and 4 km, respectively, and this communication system was assessed with a data rate of 4 kbps. In terms of mean square error, output SNR and bit error rate, this receiver structure has demonstrated its performance for the multicarrier communication system.     

水下声传播的发展及其应用

文章介绍了水声学中的基础研究领域水下声传播影响因素和研究进展,分析了海洋环境因素对水下声传播的影响机理,给出了不同类型海域以及不同季节的水下声传播特征。文章还列举了目前水下声传播研究的热点问题：水下三维声传播和复杂海洋环境下的水下声传播不确定性研究,并阐述了它在目标探测研究中的应用。最后文章着重讨论了水下声传播的重要应用之一——自适应匹配场处理技术。     

吸声材料对水下小平台上矢量传感器声学特性的影响研究

本文围绕粘贴黏弹性吸声材料方法对水下小平台上安装矢量传感器的指向性和测向的影响展开理论分析和实验研究.首先建立了吸声材料和平台结构组成的复合层结构的数学模型,对声波经过复合层结构的声学特性进行了分析,在此基础上利用有限元耦合边界元法对粘贴吸声材料前后的水下小平台上的矢量传感器的声学特性进行研究.通过理论计算和数值分析研究了吸声材料对矢量传感器的各通道的指向性的影响,并计算了覆盖吸声材料前后矢量传感器的测向精度.水池实验验证了分析结果的正确性.     

基于单矢量有源平均声强器的码分多址水声通信

基于单矢量传感器对码分多址水声通信进行了研究. 利用单个矢量传感器自身指向性进行方位估计最为常用的方法是平均声强器和复声强器, 但这些方法对于同频带的多用户来说, 理论极限仅能测量两个用户. 提出了有源平均声强器, 利用扩频通信中伪随机码优良的自相关和互相关特性, 可同时测得多个用户的方位, 利用估计的用户方位构建矢量组合, 调整矢量传感器的指向性, 实现各用户定向通信, 抑制多址干扰, 增加处理增益, 降低误码率. 对频带相同的扩频多用户通信进行了仿真及试验研究, 验证了有源平均声强器的有效性和实用性.     

基于单矢量有源平均声强器的码分多址水声通信

基于单矢量传感器对码分多址水声通信进行了研究. 利用单个矢量传感器自身指向性进行方位估计最为常用的方法是平均声强器和复声强器, 但这些方法对于同频带的多用户来说, 理论极限仅能测量两个用户. 提出了有源平均声强器, 利用扩频通信中伪随机码优良的自相关和互相关特性, 可同时测得多个用户的方位, 利用估计的用户方位构建矢量组合, 调整矢量传感器的指向性, 实现各用户定向通信, 抑制多址干扰, 增加处理增益, 降低误码率. 对频带相同的扩频多用户通信进行了仿真及试验研究, 验证了有源平均声强器的有效性和实用性.     

船舶水下辐射噪声信号理论模型及仿真

分析典型船舶水下辐射噪声实验数据,获取船舶水下辐射噪声功率谱特征,阐明了准周期随机声脉冲序列信号模型作为船舶水下辐射噪声模型的合理性和普适性,在此基础上,引入爆炸衰减型余弦脉冲信号作为该模型的基本组成单元,给予理论分析,据以数值构建船舶辐射噪声,并与海上试验获取的商船辐射噪声数据进行对比,结果明显一致,证明了该方法的有效性和实用性.     

Anisotropic effects in surface acoustic wave propagation from a point source in a crystal

Strong anisotropic effects in the propagation of surface acoustic waves (SAWs) from a point-like source are studied experimentally and theoretically. Nanosecond SAW pulses are generated by focused laser pulses and detected with a cw probe laser beam at a large distance from the source compared to the SAW wavelength, which allows us to resolve fine intricate features in SAW wavefronts. In our theoretical model, we represent the laser excitation by a localized impulsive force acting on the sample surface and calculate the far-field surface response of an elastically anisotropic solid to such a force. The model simulates the measured SAW waveforms very well and accounts for all experimentally observed features. Using the data obtained for the (111) and (001) surfaces of GaAs, we describe a variety of effects encountered in the SAW propagation from a point source in crystals. The most interesting phenomenon is the existence of cuspidal structures in SAW wavefronts resulting in multiple SAW arrivals for certain ranges of the observation angle. Cuspidal edges correspond to the phonon focusing directions yielding sharp peaks in the SAW amplitude. A finite SAW wavelength results in internal diffraction whereby the SAW wavefront spreads beyond the group velocity cusps. Degeneration of a SAW into a transverse bulk wave is another strong effect influencing the anisotropy of the SAW amplitude and making whole sections of the SAW wavefront including some phonon focusing directions unobservable in the experiment. The propagation of a leaky SAW mode (pseudo-SAW) is affected by a specific additional effect i.e. anisotropic attenuation. We also demonstrate that many of the discussed features are reproduced in powder patterns, a simple technique developed by us earlier for visualization of SAW amplitude anisotropy.Received: 17 June 2003, Published online: 15 October 2003PACS: 43.35.+d Ultrasonics, quantum acoustics, and physical effects of sound - 68.35.Gy Mechanical properties; surface strains - 62.65.+k Acoustical properties of solidsA.M. Lomonosov: On leave from the General Physics Institute, 117942 Moscow, Russia     

非同步水声定位技术及其性能评价

探讨用非同步方式进行水声定位的解算方法,用蒙特卡洛方法对各误差源及目标位置对同步及非同步定位系统定位精度的影响作了统计分析,并对其可行性及适用性进行了分析和探讨。仿真结果及湖试结果表明,采用长基线阵的非同步水声定位系统具有较高的定位精度。     

混沌调频M-ary方式在远程水声通信中的应用

针对远程水声通信速率低的问题,提出了采用混沌调频M-ary(M元)通信方式提高通信速率的办法。将混沌序列引进到水声通信中来,由于量化后混沌序列的优良相关特性受到一定的破坏,为此提出了混沌调频M-ary通信体制,研究得出了混沌调频的重要特性:自相关特性好、正交码数目多、频谱利用率高、带宽和时间调整灵活等;给出了水声混沌调频M-ary通信系统的组成框图,并进行了海上实验。实验数据分析结果与理论值符合较好,表明这种通信体制是可行的,并能有效地提高通信速率。     

水声通信网竞争式介质访问控制协议的研究

水声通信网介质访问控制(Media access control,MAC)协议决定了节点共享水声信道资源的方式,它直接影响到水声信道的利用率和网络的整体性能。本文简要介绍了Aloha、MACA-U和UW-CSMA/CA三种竞争式MAC协议的基本原理,并基于NS2仿真平台,在集中式单跳网络和分布式多跳网络两种拓扑结构中对Aloha、MACA-U和UW-CS/MACA三种竞争式MAC协议的吞吐量、平均端对端时延、冲突率和协议开销等性能进行对比,并分析数据包长度对三种协议性能的影响,为实用MAC协议的设计提供了有效的参考数据和策略。     

北极水声学研究的新进展和新动向

北极水声学作为水声学研究的一部分,起步要比达·芬奇所描述的声呐雏形晚很多年。第二次世界大战后北极水声学的研究开始受到发达国家(主要是美国)的重视。它的发展和研究重点带有明显的冷战烙印。冷战结束之后,随着北极持续变暖的趋势,北极及其毗邻海域的海洋水声环境受到特别的重视。环北极的8个国家组成排他性的北极理事会。我国政府于2018年1月26日发表北极政策白皮书,声明中国是近北极国家,是北极地区利益攸关方。本文介绍北极水声学研究的新进展,包括我国有关涉海单位近年来所做的科考和学术研究。指出,北极水声学的研究不局限于把传统水声学中的研究内容(如环境噪声、混响、传播等等)并行地在北极环境条件下加以重复探讨,而是要根据北极海洋环境的实际情况,进行有关领域的新研究。其中不乏传统浅海、深海水声学研究中所不具有的特色,如冰-水界面、冰下的半声道效应、冰盖下水下无人载器(UUV)的通信、定位及声呐对冰下环境的适应性研究等课题。     

第六讲水下声学传感器网络的发展和应用

文章主要介绍了正在发展中的水下声学传感器网络的一些概念和发展现状.在回顾了水声通信和水下网络的发展历史之后,首先从网络拓扑结构出发,指出多跳对等网络是适合于水声应用的一种网络结构,接着根据网络协议栈的概念,说明水下声学传感器网络在各协议层上所涉及的问题,并从物理层面,分析了水声介质的特殊性,和水下声学传感器网络所面临的一些主要的技术挑战.介绍了组成水下传感器网络的关键部件,以美国海网（Seaweb）为例,给出了一个水声传感器网实现的实例,对它的年度实验进行了介绍,最后,给出了中国未来的发展应用前景.