南中国海存在孤立子内波条件下的声场时间相关半径

在动态的海洋环境中,由于数据向量和拷贝场之间的失配,匹配场处理器的性能会发生退化。数据向量的时间相关半径是这种退化的一种量度。通过2001年ASIAEX南海实验中垂直阵上水听器接收到的声场数据求取了400 Hz窄带信号的声场时间相关。从实验数据处理结果观察到,伴随着传播路径上非线性内波的进入,声场的时间相关半径减小。同时利用一个二维的平流冻结海洋模型和传播路径上三个温度链的温度数据对声场进行了数值仿真,分析了不同频率下的声场时间相关半径。结果表明:实验结果与仿真的400 Hz信号的声场时间相关较为一致。可见,在时变的海洋环境下,声信道中存在孤立子内波将会使声场的时间相关半径大大缩短。     

南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响

海底地形变化对深海环境下的声传播和空间相关性有重要影响。基于2014年南海中南部海域不完全深海声道条件下大跨度垂直阵接收的声信号,选取平坦海底和典型不平整(存在小海底山和海底斜坡)海底两个不同传播方向上传播损失差异较大的距离,对声场垂直相关性进行了对比分析,并应用射线理论对相关性差异予以定性分析和机理解释。在不平整海底方向,在第一影区内小海底山遮挡区附近:在部分一次海底反射声线被小海底山遮挡的距离处,接收声信号主脉冲多途干涉结构相对平坦海底方向更加简单,垂直相关性增强;而在全部一次海底反射声线被小海底山遮挡的距离处,对声场起主要作用的变为二次海底反射声线,接收声信号主脉冲呈现多途干涉结构,垂直相关性降低。在第一会聚区附近:平坦海底环境下,由于两组水体中反转声线在空间垂直方向上的干涉效应,使得声场的垂直相关随接收深度增加呈现出周期性振荡的现象;而不平整海底方向,在50 km处,海底斜坡阻挡了一组水体反转声线,在大深度上只出现单会聚结构,观测不到垂直相关的周期性振荡现象;在57 km附近对声场起主要贡献的成分从水体中反转声线变成了多次海底反射声线,主脉冲多途展宽变宽,垂直相关性显著降低。研究结果对深海复杂海底地形环境下声场垂直相关性的深入分析及声呐阵列增益估计等具有重要意义。     

Coherence-Time of Matched-Field Processing in Shallow Water in the Presence of Linear Internal Waves

Relationships among the signal coherence-time of matched-field processing （MFP）, the acoustic frequency, the source-receiver range, and the sound speed standard deviation （STD） caused by internal waves in shallow water, are numerically investigated based on oceanographic data from two shallow water experiments. It is found that the coherence-time can be fitted with an inverse square-root power of range, a near inverse 1 power of frequency, and inverse 1.3 power of sound speed STD.     

东印度洋海域风和降雨对环境噪声的影响

海面风和降雨对海洋环境噪声影响显著,利用海洋环境噪声模型结合风速和降雨率参数可对环境噪声谱级进行预报.本文研究了东印度洋海域环境噪声特性,分析了海面风速和降雨率对海洋环境噪声的影响规律,结果表明没有降雨时高频段噪声谱级与风速的相关系数可达0.59,存在降雨时高频段噪声谱级和降雨率的相关系数可达0.85,强降雨可使高频段环境噪声谱级增大6 dB以上.同时修正了风生噪声源级公式使其适用于东印度洋深海环境,修正后模型预报强降雨噪声谱级与实验数据整体误差在2 dB以内.利用小范围降雨噪声数据对模型进行验证时发现,在小范围降雨时噪声源模型采用海面非均匀降雨噪声源,比采用均匀噪声源的计算结果更加准确.修正后的风生及降雨噪声模型对东印度洋海洋环境噪声特性预报具有重要意义.     

基于连续小波变换的简正波检测与提取技术

宽带声源在远距离传播中的频散过程反映着海洋环境特性的重要信息,准确提取这一过程中各简正波的有关信息是有效实现海洋声场反演的重要前提。小波变换虽然已被用于获取宽带声源的时频分布,但不具备适用于不同信号的柔性。在此背景下,本文介绍了一种自适应基小波方法,可适应不同形式的爆炸声信号,从而有效实现了频散现象的获取。在此基础上,本文同时建立了各号简正波的重构方法,经仿真测试,重构出的简正波与实际波形几乎相同。     

海底沉积物参数对浅海中低频声传播的影响

推导出了考虑海底沉积物中声衰减和横波后浅海中点声源激发声场的积分表达式,并用实轴积分法和快速傅里叶交换（ＦＦＴ）数值计算模拟了爆炸声源在浅海中激发的全波列波形。考察了海底沉积物参数、声源激发主频等对低频声传播的影响。研究表明：在远场接收到的波群为声源主频处的模式波。最后讨论了通过几个不同声源激发主频处的某一模式波的群速度的测量值用最小平方和估计法来反演海底沉积物的纵波速度和横波速度的可能性。     

浅海负跃层条件下的双基地有源探测实验及定位声速修正

为了研究浅海条件下海底固定水平阵和机动声源的双基地有源探测性能,建立了浅海双基地有源探测仿真模型,分析了实验海区负跃层条件下的传播损失和多途能量扩展损失,实现了双基地有源探测的性能预估。以模型仿真为基础,在南海北部海域开展了一次浅海双基地有源探测实验.针对定位中的声速与实验中目标回波的脉冲传播速度的偏差导致定位精度下降的问题,提出了一种目标回波脉冲传播速度近似估计方法。实验结果表明,双基地有源探测可在浅海负跃层条件下实现对水中目标的有效探测,多个实验站位的回波信噪比实测值与仿真预测值符合较好,定位声速近似估计方法可进一步提高定位精度。     

南海东沙海域线性内波引起的声场统计特性

海洋内波对声传播及水声探测具有重要影响。利用南海东沙附近海域一次低频声传播起伏实验同步获取的声学与水文观测数据,从水文连续观测数据中提取了内波特征参数,验证了修正线性内波频谱公式,用蒙特卡洛方法统计分析了存在线性内波条件下的声场起伏特性,并用射线理论解释了声源与跃层相对位置对声场起伏的影响机理。结果表明:随着频率、平均能流密度和收发距离的增加,最大概率传播损失(TL)增大;受线性内波活动的影响,与“上发下收”相比,“下发下收”情况下传播损失的概率分布更发散;随着收发距离的增加,内波的累积效果更加显著,在“下发下收”情况下,40 km处传播损失概率分布最大可增加至8 dB;在负跃层环境下,内波的扰动更有利于声线穿越温跃层。     

浅海涌浪对表面声道声传播的影响

受海面强风和海-气相互作用影响,表面声道普遍存在于冬季海洋环境中,是一种天然有利于声传播的波导.但是海面波浪使得海表形成粗糙界面,会严重破坏这种优良性能.本文利用南海北部海区的一次冬季声传播实验数据,研究表面声道声传播特性.研究表明,海底底质对表面声道内声传播的影响较弱,当海面风较小时,涌浪造成的影响为主要原因.实验数...     

大陆斜坡海域宽带声源的匹配场定位

2001年在东中国海大陆斜坡海域进行了中美联合浅海声学实验。基于该次海域数据对垂直阵接收的宽带爆炸声信号进行了匹配场定位研究。结果表明,若用水平海底模型计算拷贝场,声源的定位误差较大;考虑海底倾斜后,匹配定位结果就得到很大改善,在1.0~50.0km距离范围内,大多数信号的定位结果与GPS标称距离一致。