深海近距离声场频率-距离干涉结构反演海底声学参数

地声反演一般存在多解性的问题,不易有效分离沉积层声速与厚度,本文提出了一种当声源与接收水听器分别位于海面与海底附近时匹配声场干涉周期反演深海沉积层声速与厚度的方法。该声场周期结构由直达波与海底沉积层反射回波干涉形成,其干涉周期受沉积层声速和厚度影响,通过匹配实测与理论计算的声场干涉周期可有效反演沉积层声速和厚度。开展了深海实验验证,利用水听器接收到的近距离船舶噪声的声场干涉条纹,反演得到的实验海域海底沉积层声速与该海域海底表层采样平均值差小于20 m/s。数值仿真与实验结果表明该方法可以有效反演沉积层的声速与厚度。     

劈尖干涉中斜干涉条纹的测量

劈尖干涉中斜干涉条纹的测量王雪冬，王红理，刘平（西安交通大学物理系７１００４９）在等厚于涉实验中，所使用的劈尖干涉装置是由两块平面国玻璃板或长方形平面玻璃板中间夹一全属箔条，同时为了固定金属箔条及防止平面玻璃的脱落而损坏，用螺旬将其固紧在胶木圈内．根...     

含预反馈的激光自混合干涉型位移测量结构

提出了含预反馈的激光自混合干涉型位移测量结构，建立了系统模型，经理论分析和实验验证，结果表明，该结构具有提高温度量程，提高测量信号信噪比及获得粗糙表面的锯齿干涉信号等特点。     

光干涉测量技术

光干涉测量技术光学干涉测试技术是光学技术领域中一个重要的分支。在我国，系统介绍这一技术的著作并不多，特别是由我国光学专家自己编写的著作则更少。吴震教授等编著的《光干涉测量技术》（中国计量出版社出版，１９９５年６月）是一本系统介绍这一技术的较好著作。该...     

基于时空滤波理论的低频声场干涉结构研究

基于时空滤波理论, 采用相干函数、功率响应函数、扩展分布函数、双频函数四个系统函数较波导不变量更全面地描述了低频声场的相干结构. 理论分析、仿真研究和海试数据处理都验证了低频声场存在稳定的干涉结构, 当目标由远及近、又由近及远做匀速直线运动时, 相干函数(LOFAR图)的干涉结构为一簇类双曲线; 功率响应函数的干涉图表征了简正波群时延的差分, 体现了其频散特性; 扩展分布函数能反映LOFAR图上干涉条纹的斜率大小; 而双频函数能体现相慢度的差分. 各个系统函数均能特别突出干涉结构的某方面的特征, 各有特色.     

浅海矢量声场干涉结构形成机理及试验研究

浅海低频声场的微观结构特征在于具有可用波导不变量表征的 稳定空间-频率干涉结构.声场兼具标量场和矢量场, 波导条件下二者联合决定声场的全部特性. 本文研究浅海声场空频干涉结构的矢量场特征. 理论分析了声压谱、动能密度谱、声强流谱等矢量场干涉结构的形成机理, 探讨了矢量场干涉结构的波导不变量表征, 数值仿真研究了Pekeris波导中能量和能流密度的干涉特性, 进行了宽带声源辐射矢量声场干涉特性及表征的海上试验.实测结果与理论、仿真分析有较好的一致性. 研究结果表明: 中近程和中远程声场均能模态相干, 有稳定的空频干涉结构, 并且矢量声场空频干涉结构存在多种形式, 除各种能量和能流密度谱图外, 相干系数谱也呈现干涉特征, 这些形式的空频干涉结构均可用波导不变量理论有效表征. 关键词： 矢量声场 干涉结构 波导不变量 浅海低频声场     

干涉测量圆柱外表面的误差分析

使用一个特殊圆台面反射镜,在Fizeau（菲索）干涉仪系统中,可实现对圆柱外表面粗糙度的一次性测量。但反射镜与待检测圆柱的空间相对位置很难精准确定,因而会引入测量失调误差,影响测量结果的精度。为了便于剔除误差,要对误差的类型以及产生原因做具体分析。研究光线传播轨迹并建立数学模型,在圆柱坐标系下求解得到偏移失调误差、旋转失调误差、加工角度误差与测量光程差的关系式。使用Matlab软件仿真,绘制出3种失调误差对应的干涉条纹。分析引入误差的干涉条纹,对比实验测量结果,减小误差对测量结果的影响,得到圆柱外表面的形貌信息。     

变线距光栅线密度的干涉测量

变线距光栅在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景，它的制作和检测方法尚未成熟。用干涉法测量变线距光栅的线密度，给出了测量原理、实验中的光路、数据处理的方法、测量结果。在待测光栅表面，衍射光干涉条纹的数量和密度是入射光干涉条纹和倍增后光栅的刻线之差。采用共光路的方案，使光路具有很强的抗干扰能力。用中值滤波消除干涉图像中的干扰。针对不同的干涉条纹，讨论和比较了两种测量方法，提出相对密度不变性。证明了干涉法完全可以用于变线距光栅的线密度测量，并能达到一定的精度，初步解决了检测问题，认为这种方法也可以用于变线密度光栅的加工中。     

利用宽带声场干涉结构特性对移动船只距离的连续估计

浅海移动船只的宽带辐射声场在距离-频率上通常表现为有规则的干涉条纹结构,这些条纹的特性(数目和斜率)可用波导不变量理论来表征并已被用于多种水声反演问题中,如沉积层声学参数反演和宽带声源距离的估计。基于波导不变量理论和干涉条纹的结构特性,利用扩展卡尔曼滤波器分析移动船只LOFAR图中干涉条纹的距离-频率特征可对其距离进行连续估计。该方法不需要海洋环境的信息和前向拷贝声场计算,具有较高的计算效率。海试数据处理结果和GPS数据计算结果比较一致,证实了本方法的准确性。试验数据处理同样证实该方法对初始距离的选择有着较高的稳健性。     

拍频干涉实验装置测量物体微小位移

拍频干涉实验装置测量物体微小位移诸葛向彬，宗普和，钟建伟（浙江大学物理系杭州１３１００２７）一、不同频率单色光的于涉原理在物理光学中，对二光束产生干涉现象提出如下的前提条件：二束光必须同时来自同一光源，而且它们的频率必须保持相同．这是产生稳定干涉现象...     

Analytic study on acoustic interference pattern in shallow water

Analytic formulas for acoustic interference patterns in shallow water are derived by ray method. Which can be used to guide acoustic measurements with limited horizontal distances. Some necessary approximations are taken for a concise expression. The analytic formulas represent the quantitative relationships between the interference-pattern and the signal frequency, bandwidth, depth of source and horizontal distance. Monofrequent signals, complicated signals and frequency-modulated signals are all studied. Several inferences are also deduced from the formulas. Both numerical simulations and experiment data are presented to prove that these formulas and their inferences can describe the critical characters of the acoustic interference pattern in the waveguide with a satisfying precision.     

浅海环境中应答器法测量水下平台声目标强度的理论分析

应答器法是在浅海环境中测量水下运动平台声目标强度的常用方法。根据简正波理论分析浅海点源声场的空间特性,指出不同号简正波之间的相互干涉是导致声场空间起伏的主要原因。对基于应答器法的水平平均测量法(HAM法)进行了理论分析,并提出一种新的浅海环境中水下运动平台目标强度的测量方法,即垂直平均测量法(VAM法)。对比了HAM法和VAM法的有效性、物理意义、试验效率和技术难度,分析表明二者物理意义相同,VAM法比HAM法具有更高的有效性和试验效率,不过其技术难度更大。     

Measurement of diameter of metal cylinders using a sinusoidally vibrating interference pattern

A method for measuring external diameters of metal cylinders is proposed in which a sinusoidally vibrating interference pattern (SVIP) of 100-μm period is used as an exact scale. Lights from the end-points of a metal cylinder are extracted with a spatial filtering in an imaging system to form a cross-sectional image of the metal cylinder. On the image a sinusoidally phase-modulated signal owing to the SVIP is detected with a CCD image sensor to measure the phases of the SVIP at the two end-points of the cylinder. The coordinates of the two end-points are obtained from the phases at the two end-points, the phase distribution of the SVIP, and the coordinates of the pixels of the CCD image sensor. Metal cylinder diameters of 7.99, 8.00, and 9.00 mm are measured along their length directions with an error less than 1 μm.     

匹配垂直质点振速的浅海地声参数反演

海底声学参数对海洋波导中的声场特性研究和相关应用具有重要意义。针对一次夏季黄海声传播实验,分析了浅海负跃层环境下垂直质点振速的传播特性和简正波结构,说明当声源和接收器均位于负跃层下时,除海底附近外的大部分深度上垂直质点振速能量较高,且与声压相比,号数高的简正波对垂直质点振速的贡献更大,利用垂直质点振速进行匹配场反演能获得更高的海底参数敏感性。分析了海底吸收系数对垂直质点振速匹配场反演的影响,结果表明只有当进行匹配场反演时设置的海底吸收系数接近真实值时,才能获得准确的海底声速、密度和海深反演结果。利用实验中矢量水听器获取的垂直质点振速信号进行匹配场反演,将海底吸收系数在变化范围内取不同值对海底声速、密度和平均海深进行全局搜索,根据代价函数值最大确定了海底声速、密度及平均海深的反演结果,并利用不同距离上的声压传播损失反演出不同频率下的海底吸收系数。根据反演得到的海底声学参数计算声压传播损失,与实验中声压水听器测量结果符合较好。     

浅海波导中简正波干涉特征频率增强

针对浅海波导中水平线列阵接收的低频宽带低信噪比信号,提出了一种利用多拍信号相干累加来提高干涉简正波特征频谱信噪比的方法。这种方法主要针对未知距离和声源形式的运动声源,对不同时刻(或接收距离)处阵列输出信号进行warping变换,根据干涉简正波的特征频率不变性,通过搜索距离与径向速度的比值来对齐未知距离下warping变换后的谱峰频率,进而通过相干累加来增强信号干涉简正波的特征频率。仿真和海上实验数据分析均验证了方法的性能。     

An adaptive OPD and dislocation prediction used characteristic of interference pattern for interference hyperspectral image compression

According to the imaging principle and characteristic of LASIS (Large Aperture Static Interference Imaging Spectrometer), we discovered that the 3D (three dimensional) image sequences formed by different interference pattern frames, which were formed in the imaging process of LASIS Interference hyperspectral image, had much stronger correlation than the original interference hyperspectral image sequences, either in 2D (two dimensional) spatial domain or in the spectral domain. We put this characteristic into image compression and proposed an adaptive OPD (optical path difference) and dislocation prediction algorithm for interference hyperspectral image compression. Compared the new algorithm proposed in this paper with Dual-Direction Prediction [1] proposed in 2009, lots of experimental results showed that the prediction error entropy of the new algorithm was much smaller. In the prediction step of lifting wavelet transform, this characteristic would also reduce the entropy of coefficients in high frequency significantly, which would be more advantageous for quantification coding [2].     

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     

Numerical simulations and experiment ofreverberation loss in shallow water

I.IntroductionUndcrwatersoundrevcrberationhasrccentlybecomeatopicofgreatinterestlI-3l.Sincethcrcverberationincludescombincdeffcctsofsoundpropagahonandscattering,andthesoundpropagationinshallowwaterismuchmorecomplicatedthanthatinthedeepsea,itisnecessarytOstudycarefullybothintheoryandexperimcnt.Fortheshortrangereverberationinshal1owwatcrtheray-basedmodelisavai1ab1e,whilefOr1ongrangethewave-basedmodelmustbeusedbecauscofcomp1icatcdmu1tipaths,refractioneffcctsandfrequencydependence.Thenorma1-mode…