嵌入随机多项式的抛物方程不确定声场快速算法

为了得到准确且高效计算起伏海洋介质中随机声场的算法,本文将随机多项式展开嵌入到宽角抛物方程声场计算模型(简称RAM模型)中,发展了一种不确定声场的快速算法。其计算结果比使用嵌入随机多项式的窄角抛物方程准确,计算时间小于作为参考的蒙特卡洛方法。在仿真算例中,随机多项式展开法对声强均值、方差、概率密度的计算准确;在一定的随机变量维度和随机多项式展开截断幂次内,其计算效率比蒙特卡洛方法至少提高一个数量级。     

水平线列阵方位—相速度联合的卡尔曼滤波方法*

传统的水下被动测向方法通过波束形成估计目标角度,水平线列阵波束形成中的参考声速应使用声传播的相速度,在被动测向中,由于声源距离未知,因此在对目标角度估计时选取的参考声速与接收阵处的相速度往往存在偏差,从而影响测向精度。本文提出了一种水平线列阵方位-相速度联合的纯方位扩展卡尔曼滤波方法,该方法引入相速度作为估计状态量以此校准参考声速,提高测向精度,进而改善了由于测向误差较大引起的纯方位扩展卡尔曼滤波算法跟踪结果发散的问题。浅海传播条件下的数值仿真结果表明,改进方法较常规纯方位扩展卡尔曼滤波算法具有更高的跟踪精度及稳健的跟踪性能。     

分层固体板中导波的激发与频散特性

针对无限大弹性分层固体板,研究了结构中导波的频散和激发特性。首先使用传递矩阵法推导分层板模型中导波的频散方程,然后用二分法求取导波各模式的频散曲线,进而分析结构中导波的频散特性。结果表明:在速度递增或递减的分层板中,基阶模式和高阶模式的高频极限分别等于低速层的瑞利波速和横波波速。对于含低速夹层的分层板,所有模式的高频极限都等于低速层的横波速度。在导波激发特性方面,研究了在具有一定宽度的法向力源作用下的分层板中导波各模式在结构中的法向位移谱。发现在速度递增的分层板结构中基阶模式是主导模式,而对于速度递减和含低速夹层模型,主导模式在不同的频段范围内对应不同的导波模式。     

低信噪比线性调频信号目标的方位估计

线性调频(LFM)信号目标的方位估计是水声探测研究的重要内容,在进行方位估计时,若存在强干扰信号源与强背景噪声,阵元接收信号的信噪比会显著降低,严重影响LFM信号目标方位估计结果的准确性.针对该问题,提出了一种简明分数阶滤波方法,并将其与常规波束形成方法(CBF)相结合来实现低信噪比条件下LFM信号目标的方位估计.简明分数阶傅里叶变换能在正交角度上将LFM信号的能量聚集在特定频点处并形成明显的能量峰,利用该特性,可对阵列各阵元接收的低信噪比LFM信号在简明分数阶域聚集的能量峰进行最佳滤波,以滤除干扰信息及背景噪声.对滤波输出进行逆简明分数阶傅里叶变换可得到增强信干比和信噪比的阵元域信号,进一步用于目标方位估计,就能获得更加准确的目标方位。数值仿真结果和海试实验数据处理结果验证表明,本文所提出的方法可有效抑制干扰和背景噪声,并对低信噪比LFM信号进行准确、稳健的方位估计。     

液-固界面上非镜面反射的波束位移的实验研究

采用Schlieren系统记录了在液 固界面上弱发散的超声波束的非镜面反射声场 ,并测量了界面上反射波束的波束位移 .研究的入射角θ _i扩大到在Rayleigh临界角θ _c 附近± 5°的范围 .实验发现弱发散波束的波束位移Δ是随θ _i的增加而减小的 .理论的计算表明 ,对于弱发散波束和弱会聚波束 ,Δ相对于θ _i 在θ _c 附近分别为递减函数和递增函数 .理论计算的Δ θ _i 曲线和实验点符合 .     

时间反转聚焦在组织中形成损伤的数值建模

为考察基于时间反转方法的高强度聚焦超声治疗在预设目标点处的组织损伤情况,使用三维有限差分算法求解Westervelt方程,建立非线性声波传播数值模型,采用97阵元相控阵结合虚拟源的时间反转方法进行超声聚焦,分析其形成的声场和热场,并考察目标点偏离轴线时的组织损伤形成规律。结果表明随着目标点偏轴距离的增大,声压旁瓣开始增多。旁瓣的温升较低,不足以形成组织损伤。时间反转方法可用于多点聚焦,在一定的范围内,形成多点目标损伤而不产生额外的周围组织损伤。同时多点聚焦可以形成一个较大的损伤区域,减少超声治疗时间。     

不确知海洋环境下的贝叶斯声源定位法

为了提高不确知海洋环境下的声源定位性能,贝叶斯声源定位法将环境参数与声源位置同时反演。该方法利用遗传算法在参数空间中寻优,将后验概率密度在环境参数起伏变化范围内积分,得到声源距离和深度的边缘概率分布,从中求得声源位置的最优值,并进行定位结果的不确定性分析。考虑到海底密度和衰减系数对匹配场处理代价函数的敏感性较弱,利用海底参数之间的经验关系实现这两个参数的间接反演。处理并分析了2000年的一次黄海声传播实验数据,研究表明,贝叶斯声源定位法对环境失配有较好的宽容性。采用经验公式可减少待反演参量维数,进一步提高定位的精度。     

北极冰-水耦合系统中声波传播特性

利用固体和流体介质中波传播理论,导出了冰-水两层复合结构中导波频散方程。进一步,利用二分法对频散方程进行了数值求解,得到了ω-k频散曲线(ω与k分别为圆频率和波数),以及相速度和群速度频散曲线。结果表明:冰-水两层复合结构中导波由具有相同厚度水层和冰层中导波耦合而成,但与水层和冰层中导波频散曲线相比,复合结构中导波频散曲线除第1阶模式外,其余高阶模式均发生了很大变化。从原水层第1阶模式的截止频率开始,复合结构第2阶模式的相速度曲线被压低,各高阶(大于2阶)模式的相速度曲线出现一个跃变点,群速度曲线出现一个极大和一个极小值。水层越厚,复合结构各高阶模式的截止频率越低,相同频带内导波模式越丰富。水层厚度保持不变时,复合结构各阶模式的相速度和群速度曲线均随冰层厚度的增加而向低频方向移动。另外,还进一步分析了冰-水复合结构的导波波结构,发现第1阶导波模式的能量主要集中在冰层内和海表面附近,而2阶以上高阶导波模式的振动位移幅度随深度方向呈现周期性特征,并且模式阶数越高,振动越复杂。     

复杂曲面构件的超声虚拟声源阵列成像*

利用虚拟声源和合成孔径聚焦相结合的复合成像技术解决复杂曲面构件超声检测图像中的缺陷位置失真问题。首先,在水浸检测条件下利用128阵元线性阵列换能器中采集曲面构件内部缺陷的B扫描数据。通过相邻阵元界面回波时间差构建虚拟声源,并将其定义为声波在水-构件双层界面上的入射点。然后,根据实际阵元-虚拟声源-聚焦目标三者之间的声传播路径,通过合成孔径聚焦技术将各路阵元的接收信号反推至虚拟声源处进行图像的延时叠加重建,最终获得复杂曲面构件中缺陷的超声图像。结果表明,与传统B扫图像和合成孔径聚焦图像相比,虚拟源-合成孔径聚焦图像能够准确呈现复杂曲面构件的表面轮廓,精确表征构件内部的缺陷位置。     

声波测井中的物理问题

文章从声波测井的基本概念入手,介绍了什么是声波测井,其基本原理是什么,声波测井中的主要物理问题是什么,还从几个侧面介绍了声波测井的基本应用和未来的发展趋势,包括传统的电缆测井、目前国外流行的随钻声波测井以及具有应用前景但是尚处于研究阶段的震电测井.文章向从事物理研究的工作者概述了声波测井相关的物理问题和研究的发展现状,为打算涉入声波测井领域研究或者对相关领域研究感兴趣的读者提供了一些基本素材和知识.