海底爆破辐射声场的理论及数值研究

对固体基底浅海中声波传播的色散特性作了数值模拟与分析. 利用液体及固体中声传播理论导出了固体基底内爆破源在浅海中所激发声场的解析解, 在此基础上, 通过数值计算, 得出了浅海中不同空间点处的瞬态声压时域波形, 并在瞬态声压时域波形的平滑伪Wigner-Ville分布基础上, 对固体基底内爆破源在浅海中所激发瞬态声场的特性作了详细分析. 关键词： 海底爆破 声场 色散 瞬态声压     

海面冰层对声波的反射和散射特性

北极海面冰层复杂多变,其对声波的反射和散射严重影响冰下水声信道的传输特性,建立海面冰层的声波反射和散射模型对冰下水声通信研究具有重要意义.假设海面冰层为多层固体弹性介质且冰-水界面粗糙,满足微扰边界条件,导出声波从海水介质入射到海面冰层时相干反射系数满足的线性方程组.对相干反射系数随声波频率、掠射角、冰层厚度的变化进行数值分析.进一步引入根据散射声场功率谱密度计算散射系数的方法,改变掠射角,对冰层厚度、散射掠角对散射系数的影响进行研究.     

浅海水声信道中Turbo码性能研究

针对复杂多变、强多途和大起伏的浅海水声信道,本文建立了包括时变衰落、多途和加性干扰在内的信道仿真模型及Turbo码编/译码结构.通过计算机仿真,研究了浅海水声信道中的Turbo码性能及Turbo码性能随多途效应、衰落率和信道交织器等的变化.结果表明:在水声通信可接受的信噪比范围内(10～20 dB),Turbo码具有良好的性能(误比特率小于10-4);浅海水声信道中,Turbo码性能随多途路径数的增加而下降;Turbo码性能随衰落率的减小而略有下降;浅海水声信道中,信道交织器可改善Turbo码性能,并弥补由于衰落率不同而造成的性能差异.     

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。     

水声OFDM信道压缩感知估计研究

针对传统最小二乘(least square,LS)算法估计时变水声OFDM信道误差较大问题,提出一种基于压缩感知的准确估计方法.首先导出了水声OFDM系统接收序列、发送序列及信道传输矩阵之间的关系;在此基础上利用水声信道稀疏特征,探讨了采用正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法估计水声OFDM信道的方法;分析了导频插入方式、导频数及径数等对水声OFDM信道估计均方误差(mean square error,MSE)的影响.研究表明:当导频随机插入时,OMP算法用较少导频即可准确估计水声OFDM信道的传输矩阵.当信噪比大于10dB时,OMP算法的MSE小于-24dB,比传统的LS算法小18dB.     

无限液体介质内管道轴对称纵向导波激发与传播特性研究

利用声-结构耦合有限元法,分别对轴对称分布径的向及轴向外力作用在无限液体介质内未充液及充液管道内壁所激发导波进行了模拟,并进一步利用短时傅里叶变换技术对瞬态波形作时频分析,在此基础上,结合色散及衰减曲线,探讨了外力分布特征对导波激发的影响。研究表明,无限液体介质内未充液管中L(0,2)模式及充液管中L(0,3)~L(0,4)模式皆具有高群速度、弱色散且弱衰减频带,适宜用于缺陷探测,而通过控制轴对称分布外力的频率,并令其沿轴向作用于管内壁或外壁,可实现上述导波模式的高效激发。     

用超声背向散射谱定征柱状固体的弹性常数

根据流体中圆柱固体对超声波的背向散射谱与固体弹性参数的密切关系,本提出了材料弹性参数测量的一种新方法－超声背向散射谱法;测量了铜合金杆和铝合金杆的超声背向散射谱,并反演得到了它们的杨氏模量和泊松比。和传统的静力学方法相比,超声背向散射法测得的数据较精确,且对被测材料不会造成任何损伤。     

横向各向同性柱状复合结构对超声波的散射

首先描述了横向各向同性复合圆柱结构的入射声场、散射声场及内部的驻波声场,然后利用转移矩阵方法导出了求解散射声场的方程组,计算了铝/各向异性界面层/纤维复合结构对斜入射声波的背向散射谱和散射截面积。将柱状复合结构中各向异性界面薄层相应的转移矩阵作渐近展开,建立了模拟这种界面薄层的弹簧模型及界面处广义边界条件。结果表明,模型中劲度常数仅依赖于界面薄层厚度及界面层媒质的弹性常数c_ll,c₁₂和c₄₄,而振子质量与c_ll,c₄₄,c₁₃和c₃₃有关。