F湖水声场FFP建模研究

近年来，水声场建模取得了长足的进展，发展了多种算法，波数积分是其中一种典型方法。本文探讨了该方法在F湖特定环境下应用的可行性。文章首先介绍了F湖典型声学环境特征-声速剖面、源面、湖底条件，并给出了F湖声速的一种经验计算公式以及夏季和冬季的一组典型声速剖面。描述了波数积分问题的表示，推导了一种快速数值计算方法，对应用中应注意的问题作了补充说明。最后用本文提出了方法在F湖两个典型声速剖面下进行了计算机仿真，并对仿真结果作了分析。初步研究结果表明，该方法在F湖是有效的。     

基于Kraken简正波模型的浅海声场分析

水声信道的传输特性是影响水声通信系统性能的重要因素。本采用了一种全液态Ｋｒａｋｅｎ简正波模型,对位于浅海信道的目标海区的传播特性进行分析,得到了不同传播条件下信道的传播损失和频率特性图,为水声通信系统的设计提供了理论基础。     

一种宽带声场干涉图案处理的方法及其应用

针对传统图像处理方法不能给出声场干涉图案局部信息的局限性,介绍了一种基于图像Hessian矩阵特征值分析的多尺度线性滤波器,进行干涉图案的处理和特征提取,建立了具体条纹斜率和位置估计的有效方法,并进一步讨论了依据条纹参数估计结果进行海底地声参数反演的可行性.从数值仿真以及海上实验数据的处理结果表明,该方法可以有效地提取宽带声场的干涉结构和条纹信息,而条纹的参数信息也可进一步应用到地声参数反演中.     

封闭声场数值模拟系统SOFIS原理及设计

结合统计学方法，对模拟声场脉冲响应的算法进行了改进，使之可用于模拟非矩形空间，有障碍物或吸声体的封闭声场。在此基础上利用VisualC 语言和OpenGL图形软件包，研制了一个用于预测声场特性的计算机仿真系统SOFIS，该系统能在同一台计算机上完成声场建模，数值计算和输出结果等工作。论对一个建筑模型进行了仿真，同理论分析比较后可以得出结论，本系统在计算精度，适用范围和计算效率方面都有所改善。     

喷射流场及其辐射声场数值模拟

为研究喷管结构对射流噪声的影响,采用大涡模拟对不同截面形状喷口形成的非定常湍射流场进行了数值模拟.在流场计算的基础上,结合Ffowcs Williams-Hawkings积分方程对远场声场进行了计算,得到不同喷管结构对应的湍射流场的流动结构及其辐射噪声的频谱特性.计算结果表明,椭圆形截面喷管的出口附近存在大量的旋涡结构,增大了射流边界层处的气流掺混,从而降低了射流核心区的长度,有效抑制了喷射噪声,在5种不同结构的喷管中,椭圆形截面的喷管对应的辐射声压最低,而矩形喷管对应的辐射声压最高;在射流方向的30°～75°扇形区域内,辐射声信号最强且存在明显的指向性.     

具有沙(泥)质海底的负声速梯度浅海中简正波的衰减系数

过去设海底是一种连续的液态介质,由简正波声场的本征值（极点）方程解出其中的衰减系数,该衰减系数是由海底上的平面声波的反射系数和水文条件来表出．这样的结果是唯象结果,看不出海底沉积物的基本参数对它的影响．现在设海底是一种松散的颗粒介质（沙（泥）质沉积物）,由声场的本征值引入本征声线的概念,用射线声学的方法导出了简正波的衰减系数,借助于松散颗粒介质上的平面声波反射系数的表式使该衰减系数与海底沉积物的基本参数联系起来,克服了过去唯象结果的不足,但与过去的唯象结果互相沟通、互相补充和互相佐证．     

预混气体爆轰波传播定性仿真建模研究

借助定性仿真,建立预混气体爆轰波的传播定性模型,推理分析不同初始压力下,预混气体爆轰波传播速度,研究预混气体爆轰波爆轰过程中传播速度与初始压力的关系,且采用定量的实验验证定性的建模推理分析结果.结果表明,定性推理分析的结果与实验结果是一致的,即随初始压力的逐渐增大,爆轰波的传播速度逐渐加大.爆轰波传播定性建模推理分析对安全传输可燃性气体和管道阻火器的安全使用具有重大意义.     

淮河中游董峰湖行洪区运用效果分析

以淮河中游董峰湖行洪区为例,采用水动力数学模型,通过对2003年型洪水的演算,根据水动力特性和蓄行洪功能的转变,将行洪区从开启到关闭的运用全过程划分为5个典型阶段,详细分析了各阶段行洪区内水动力特性和洪水传播规律,分析了行洪区运用前后上下游河段洪峰水位和流量过程的变化。研究结果表明：在行洪区运用的初始阶段,行洪区蓄洪功能强,削峰作用明显,能有效降低上下游洪峰水位;而进入行洪阶段后,行洪区主要起辅助河道行洪作用,只对上游洪峰水位有明显影响。     

声呐目标回波的理论和模拟器研究

论述了在水下目标形态函数的研究基础上,建立了目标回波与入射声射信号之间的联系,通过以ＴＭＳ３２０Ｃ３１为核心器件的硬件和软件相结合的方法,实现了水下目标回波的模拟,理论与实验结果非常吻合。     

水声信道的D-SCCC级联编码仿真

论述了应用于水声通信的双串行级联编码（D-SCCC）技术;针对水声通信在某些应用场合高可靠性要求,通过对误码率（BER）的分析,提出了提高水声通信可靠性的编码设计方法,并在给定的水声信道下进行了仿真. 仿真结果表明,相同码率下双串行级联编码与SCCC算法相比,BER瀑布区陡度增大,在BER为10-5时有05dB的编码增益;相同码率下SCCC算法与Turbo码相比,可有效改善Turbo码BER在10-4～10-5出现的错误平层,满足了水声通信传输遥控与遥测指令时的高可靠性需求.     

基于支持向量机的夹层结构水声性能预测建模

支持向量机是近几年发展起来的机器学习的新方法，它较好地解决了小样本、非线性、高维数、局部极小点等实际问题。选用典型的三明治结构并制备玻璃钢/吸声橡胶/玻璃钢夹层复合材料，通过改变吸声橡胶层的厚度，得到一系列夹层复合吸声材料试件，并在水声材料声脉冲管测试系统中测得试件的吸声系数和声压反射系数。在这些实验数据的基础上，利用最小二乘支持向量机（LS-SVM）研究了材料不同厚度和频率与其吸声和反射系数对应关系的建模，结果表明最小二乘支持向量机用于材料水声性能的预测建模是一种非常有效的方法。     

水声MIMO信道模型和容量分析

水声通信系统对数据率的更高要求提出了水声信道容量限的问题。信息理论的研究表明,采用多输入多输出(MIMO)结构具有改善信道容量的潜力。文章对MIMO水声信道模型及信道容量进行了研究。借助于瑞利衰落统计模型和射线模型,建立了时变的MIMO水声信道模型,分析了多径时延以及发射、接收阵元数对时变水声信道容量的影响。文中还基于湖试信道测量数据,给出了信道的功率延迟线和不同信道的中断容量结果。仿真和测量的结果表明,相比单输入单输出(SISO)信道,MIMO水声信道可以获得明显的容量改善;而且相比平坦衰落信道,多径MIMO水声信道可以获得更大的容量增益。     

水声通信网路由协议比较研究

为了提高水下组网的速度和稳定性,分别对两种适合水声通信网的随选式路由协议进行了分析研究,给出了相关的计算公式和性能特点,并指出了今后水声通信网路由算法的研究方向．对发展水声通信网具有指导意义．     

母船和潜器水声通信技术研究

给出一种母船和潜器Ｍ制跳频编码水声通信的方法及试验结果。采用信道标校码实时测试水声道的频响特性，并据此实时调整检测门限，可大大减小通信误码率，测试给出了用２ｋＨｚ带宽通信诉结果。若加大通信带宽，可提高通信速率。     

多载波相干水声通信中的多普勒处理方法

多载波相干调制是一种新的用于水声通信中的相干调制方法,它采用多个载波进行相干调制。由于有效地解决了数据率和可靠性的矛盾,非常适合在低信噪比、强多径干扰的远程水声信道中应用。多普勒频移会降低多载波相干调制系统中载波估计的精度,引起自适应均衡器的发散,从而对多载波相干调制系统的性能造成严重影响。文中设计了一种针对多载波相干调制系统的多普勒处理方法,采用有效的多普勒频移估计和采样率变换以实现多普勒补偿。仿真结果表明,该方法能有效地抵消平台运动所带来的多普勒效应对多载波相干调制系统的影响。在信噪比为-10dB、数据率为100bit/s的条件下,系统允许相对频率偏移可达±27Hz。     

能量高效的水声传感器网络路由协议

为了解决水下声信道对网络性能的影响,在综合考虑了节点的剩余能量和信道传输质量的基础上,提出了一个基于链路质量估计的能量高效路由协议。该协议根据节点的可用能量、位置以及信道传输质量估计等因素确定转发节点,能减少信息的盲目转发,提高能量的利用率,均衡网络的能量消耗,从而实现了网络能量的平稳下降,有效地延长网络的生存时间。仿真结果表明,该协议具有能量利用率高,信道利用合理等特点,比无信道传输质量估计的协议能量利用率提高9%左右。     

水声信道多径传播的仿真

该文简要分析了水声信道的传播特性,建立了水声时变多径信道的数学模型,给出了一种水声信道多径传播的计算机仿真方法.仿真中没有考虑噪声的影响,直接采用调制后的数字信号进行多径传播,同时在信道中加入了时变的条件,并对ASK、FSK、PSK 3种调制方式在水声多径信道中的传播进行了比较.通过仿真结果,分析了水声信道多径传播的特点,有助于对水声信道的了解及相关问题的设计.