分层介质的正交波函数

一、问题的提出 讨论声波在浅海中传播时,常采用下列介质模型:海面被看成为绝对软边界,海水为分层不均匀介质,其中密度为常数ρ_1,声速是深度的函数c_1(z),海底被看为均匀液体半空间,其密度与声速分别为ρ_2与c_2(见图1)。本文采用物理量Ψ来描述声场,它与声压P及质点振动速度V的关系为: P=ρ~(1/2)Ψ,V=1/(iωρ~(1/2))gradΨ,此处ω是声波的圆频率,ρ是介质的密度。对于图1所示的分层介质,Ψ应满足波动方程     

海面与海水介质起伏对不同路径相干性的影响

本文给出一种计算不同路径相关系数的近似方法。文中讨论了一些具体例子,得到一些有意义的结果。     

由脉冲波形与传播损失反演海底声速与衰减系数

根据黄海中部一次浅海声学实验获得的脉冲波形和传播损失数据进行海底声速和衰减系数的反演。本文在反演过程中：（1）考虑了海水深度的测量误差对反演结果的影响,并提出了一种消除该影响的方法。（2）反演得到的该海区海底衰减与频率呈非线性关系。（3）本文讨论了非均匀海底模型对海底反演结果的影响。     

一种低声速沉积层海底参数声学反演方法

软泥底环境下沉积层参数的声学反演是国际水声领域的一个研究热点.浅海中,当高声速基底和海水之间存在一层低声速(小于海水声速)的沉积层时,小掠射角情况下不同频率声传播损失会出现周期性增大现象.基于此现象,提出一种适用于低声速沉积层的海底参数声学反演方法.首先,推导给出小掠射角情况下传播损失周期增大的频率间隔与沉积层声速、厚度及近海底海水声速之间的解析表达式;其次,利用一次黄海实验中软泥底环境下的宽带声传播信号,提取了小掠射角下传播损失增大的频率周期;再次,把该解析表达式作为约束条件,结合Hamilton密度与声速的经验公式,采用匹配场处理反演给出沉积层的声速、密度、厚度及基底的声速、密度;然后,利用声传播损失数据反演得到泥底环境下不同频率的声衰减系数,通过拟合发现泥底声衰减系数随频率近似呈线性关系;最后,给出了双层海底模型和半无限大海底模型等效性的讨论.反演结果为低声速沉积层海底声传播规律研究与应用提供了海底声学参数.     

拖线阵机动时的自适应波束形成

提出了一种MVDR(最小方差无失真响应)的改进算法,用以解决常规MVDR算法由于阵形时变而出现的性能下降问题。在获得时变阵形估计数据的基础上,该算法以统计时段内的平均阵形为基准阵形,在每个扫描方向上根据实际阵形和基准阵形的差异对阵列互谱矩阵多样本进行相位补偿,从而实现统计时段内的互谱矩阵多样本相干累加和目标检测。数值仿真与海上实验数据处理结果表明:与传统MVDR算法相比,改进算法有效缓解了时变阵形下的目标测向角度模糊问题,可提高拖线阵目标左右舷分辨性能、增强弱目标检测能力。      

深海不平海底对声场水平纵向相关性的影响

海底地形变化对与海底作用的声反射区声场空间相关性有重要影响。利用南中国海某深海海域的一次声学实验数据,对深海海底反射区的声场空间相关性进行了分析。实验观测到,在距离声源约29 km至35 km距离范围处,不平海底环境下的水平纵向相关性出现了一些不同于平坦海底环境下的振荡结构,利用射线声学理论分析并解释了这两种不同海底环境产生水平纵向相关差异的原因。结果表明,在深海平坦海底方向一次海底反射到达区,对声场起主要贡献的经过一次海底反射声线间的到达时间差随着水平距离的增加而逐渐减少,从而干涉叠加后的相位差在[0,2π]内发生周期性变化,导致该区域声场的水平纵向相关性随着间距增加呈周期性振荡现象;而不平海底方向的海底小山丘恰对一次海底反射声线的阻挡影响,不仅使得与平坦海底方向相同区域的声传播损失明显增大,而且由于相对更多的本征声线路径的复杂多途干涉,该区域水平纵向相关性不再呈现明显的振荡周期,相关系数也有所下降。研究结果对于分析在深海复杂海底地形环境下的声呐阵列探测性能具有重要意义。      

水平变化浅海声波导中模态特征频率与声源距离被动估计

针对水平变化浅海声波导中声源宽容性被动测距问题,理论分析了海底地形水平缓变浅海波导中卷绕变换基础上的低频声场特征频率.推导了绝对硬海底时水平变化波导中声场模态时频到达结构以及模态瞬时相位的表达式,由该表达式给出了特征频率与收发距离的变化关系,进而提出了水平变化浅海波导中声源距离被动估计的修正方法,通过仿真和实验对理论与方法进行了验证.     

浅海相干混响理论与混响强度的振荡现象

分析了一次负跃层浅海声学实验的混响数据 .在实验中观测到当水听器位于负跃层中时 ,接收到的混响强度是时间的振荡函数 .这种振荡现象不能用目前被采用的非相干混响理论来解释 .为了解释所观测到的现象 ,提出了射线简正波相干混响理论 .数值计算表明 ,射线简正波相干混响理论可以较好地解释及预报这种混响强度的振荡现象 .而这种振荡现象也可以用来检验现有的混响模型     

数字化相位载波解调方案在光纤水听器系统中的实现

本文分析了干涉型光纤水听器内调制相位载波(PGC)调制解调的原理，提出了PGC调制解调的全数字化方案，通过计算机仿真，并在光纤水听器系统中实现了PGC的数字化解调。实验室光纤水听器与标准水听器对比测试以及实际海况试验都证明，数字化PGC解调技术在光纤水听器系统的实现对水声信号的检测是有效的。     

广义相积分简正波理论在双轴海洋声道中的推广与应用

双轴声道常出现于大洋中。双轴声道传播是一检验海洋声学计算方法的"标准"波动问题，某些算法在遇到这一问题时是不适定的。本文对广义相积分简正波方法（WKBZ）进行了推广，使之适于处理双轴海洋声道中声传播问题。数值计算结果表明本文所作的推广是有效的。