深海大深度声场垂直相关特性

深海声场垂直相关特性对提高垂直阵阵列增益和水下目标探测性能具有重要意义.基于2014年南中国海实验大跨度垂直阵接收的声信号,分析了深海直达区、影区和会聚区等不同距离下的大深度声场垂直相关特性,并使用射线理论解释了深海垂直相关随空间变化机理.在直达声区内,声场垂直相关半径几乎可以覆盖整个水深,且随着深度增加,直达声和海面反射声到达时间差增加,相关略有下降.在声影区内,声场能量主要来源为经一次海底反射和一到两次海面反射的声线,垂直相关整体偏低.第一会聚区内垂直相关系数随着接收深度的增加而周期性振荡,并且与声能量在深度上的分布具有相似结构,这是高声强区域两组反转声线在垂直方向上周期性干涉的结果.     

南海大陆坡海底对海洋环境噪声的影响

通过位于大陆坡上和深海处的两站点相同深度噪声实验数据, 分析了大陆坡海域不同海底环境对海洋环境噪声的影响, 并利用三维射线模型计算了不同海底条件下的噪声谱级和垂直指向性, 进而研究了海底环境对环境噪声场的影响规律, 数值仿真的噪声谱级和实验结果在绝对幅值和随频率变化趋势方面均符合较好。实验和仿真结果表明, 由于大陆坡上坡方向的浅海环境不利于航船噪声远距离传播, 因此大陆坡上站点的低频(300 Hz以下)噪声谱级较深海处更低; 由于大陆坡海底底质较硬, 海面高频风生噪声除了直达接收器外还可经海底反射后到达, 因此大陆坡上站点的高频(1 kHz以上)噪声谱级较深海处高且随频率下降缓慢, 导致大陆坡上和深海处的环境噪声谱级曲线随着频率增加会存在交叉现象。     

声学滑翔机联合的深海水下声源定位

为了验证多台滑翔机用于声源位置估计的可行性, 提出了一种基于声学滑翔机的联合水下声源定位方法。首先利用水下滑翔机在东印度洋北部海域获取的声传播数据, 分析了宽带脉冲信号的多途传播特性, 然后提出了利用单水听器基于脉冲波形结构匹配的声源距离估计方法, 在此基础上通过两台水下声学滑翔机联合定位的方式, 实现了水下声源距离和方位的同步估计。结果表明: 在印度洋深海非完全声道条件下, 在100 km范围内, 使用单台滑翔机估计的声源距离整体较为准确, 但仍有估计误差较大点; 联合两台滑翔机进行水下声源定位可进一步提高精度, 对于200 m深度的声源, 距离估计均方根误差为2.5 km, 相对误差小于4%, 方位估计均方根误差为2.4°。     

孤立子内波引起的高号简正波到达时间起伏

在新泽西附近海域进行的浅海实验(SW'06)观测到了大量的孤立子内波。利用SW'06海洋环境资料分析了有无孤立子内波存在时的脉冲声到达时间起伏。发现当孤立子内波出现时,1号简正波到达时间较为稳定,而一些高号简正波到达时间比第1号简正波提前,且随着温跃层深度变化而起伏。经射线理论分析表明:由于孤立子内波出现,导致温跃层深度下降,进而引起满足一定掠射角条件的高号简正波将主要在温跃层上传播。这类高号简正波到达时间对孤立子内波活动敏感,有可能被用来监测浅海中的孤立子内波。     

收、发分置混响平均强度理论预报

建立双基地混响几何模型,推导出收、发分置混响的平均强度估算公式。考察双基地远程界面混响,对于漫散射界面,散射区为一椭圆环带,分别给出柱面波声场和球面波声场情况下,无指向性收、发分置混响的平均强度估算公式。给出窄波束接收阵时,双基地声呐的混响级和信混比的估算公式。仿真表明,椭圆模型可以方便准确的预报双基地混响强度及研究其特征规律,便于双基地声呐系统集成,适合工程应用。     

东印度洋热带偶极子对声会聚区影响分析

大洋中的物理海洋现象影响着水体的变化,从而对其中的声波传播产生重要的影响.首次在东印度洋海域进行的声学调查实验,发现了印度洋热带偶极子物理海洋现象对声传播的影响,利用穿越热带偶极子的声传播实验数据,分析了声源深度和水体起伏对深海会聚区的影响,并对实验中的声传播现象形成机理进行了理论解释.结果表明:东印度洋深海非完全声道环境下,受热带偶极子形成暖水团和声源深度起伏的影响,第2会聚区没有形成,声源深度变深时,更容易形成深海会聚区;印度洋热带偶极子影响下第2会聚区位置处的水体跃层起伏会对下一个会聚区的形成及位置产生重要影响,使得第3会聚区提前形成,会聚区位置向声源方向偏移2—3 km.研究结果对探测及通信声纳在深海复杂环境下应用具有重要指导意义.     

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.     

不完全深海声道下多途到达结构及测距*

声波多途到达结构是可用于深海被动测距的常见特征量之一。在不完全深海声道中,由于海水深度余量不足以让声线反转,位于海底的接收单元能够接收到直达声线、多次海底海面反射声线和只经过海底反射后反转的声线。某海域不完全声道实验发现海底接收单元在30 km后接收到了只经过两次海底反射后的反转声线。因此,该文推导了不完全深海信道中不同收发距的多途时延差计算公式,经过与实际观测的时延差对比分析,发现所推导的时延差计算方法与实际观测时延差在不同收发距(0~45 km)均能很好吻合,验证了方法的准确性。从而,可以利用海底反射后反转声线及其他多次海底海面反射声线的多途时延差进行测距。     

基于路径选择的深海水下运动目标被动深度估计

深海水下运动目标的深度估计是目标分辨与识别中的重要一环。基于深海运动目标在深海中的直达波与海面反射波的到达时延与位置之间的关系,寻找时延图上运动目标的候选路径,利用候选路径模拟目标的运动路径,提出了一种可用单水听器实现的水下运动目标深度估计方法。通过用候选路径的估计时延与实际接收时延的比较对路径进行筛选,从而减少了需要的位置先验信息。2018年在南中国海进行的深海实验数据处理的结果表明该估计方法可行,对于实验中距离15 km以内的拖曳声源,深度相对估计误差可以达到15%以内。