浅海低频全波动混响水平纵相关模型

为研究浅海低频混响的水平相关特性,本文在浅海全波动混响理论的基础上,借鉴角度谱理论的混响垂直相关建模思想,结合海底反射系数的三参数模型,将混响平均强度的简正模态叠加的形式解转化为角度积分的解析解。利用海底反射系数的幅值参数和相移参数建立了浅海全波动混响水平纵相关模型。数值仿真表明:在混响噪声比足够高的条件下,混响水平纵相关随混响时间发生缓变,呈现稳定的亮暗相间的条纹;接收水听器水平距离在波长整数倍上会出现相关峰值,在半波长的位置出现相关谷值,与海上实验现象相同。     

水中甚低频声源激发海底地震波的传播

目前关于海底地震波的理论分析仅局限于水平分层的弹性海底,该文对倾斜弹性海底的地震波传播规律进行研究.研究了浅海海底地震波的激发机理,当海底为弹性海底,且海底切变波速度大于水中声速时,水中声源能激发出水中的波导简正波和Scholte波、弹性海底的次表面波和Scholte波.建立预报海底地震波场的抛物方程方法模型,研究了海底地震波的传播规律:甚低频声波在具有倾斜弹性海底的海洋环境中传播时,水中波导简正波和海底的次表面波会随着海水深度的减小出现能量泄漏现象.     

浅海低频多层介质中声传播损失的数学模型

声场仿真是研究舰船声场和海洋声环境的重要手段，而声传播特性仿真是建立声场环境的关键一环。应用简正波理论并结合波数积分法，建立了浅海低频声传播特性的仿真数学模型。数值计算与资料实验数据表明，该仿真模型能较好地预报浅海低频声传播损失，具有计算精度高、计算速度快等优点。     

深海海底山引起的混响杂波联合预报方法

针对深海复杂海域的主动探测混响杂波干扰的联合工程预报问题,本文基于三维射线-简正波理论建立了深海海底山引起的混响杂波联合预报方法,将海底山当作一类具有强散射特征的体积散射源,提出了对海底山的体积散射函数在水平和垂直维度上进行网格划分的数值积分方法。研究了不同水平方位,不同地形条件下的海底混响和海底山杂波强度特征。实现了小起伏水平海底和海底山地形的深海海底混响和海底山杂波的统一预报。研究结果表明：海底山的体积散射源经过水平和垂直维度的划分后,可以和水平海底的小尺度散射过程形成有效耦合,而海底山杂波的时间尺度和包络强度分别受海底山的水平宽度和垂直高度影响。通过海上实验数据比对,验证了本文所提预报方法的准确性。     

浅海目标的卡尔曼滤波跟踪技术研究

采用简正波理论对浅海水声损失进行了研究和计算,浅海中的目标声源通过海水传播到海底引发地震波,对海底地震波的初至波和面波进行提取,得到了海底检测点到达海底震源的距离,目标的垂直方向不变,进而得到径向距离,采用卡尔曼滤波技术对目标进行跟踪。仿真结果表明,可以快速地跟踪上目标的运动状态,对浅海目标跟踪具有重大意义。     

浅海近程混响衰减

海底混响是主动声纳的重要背景干扰。研究混响的主要目的之一是得到混响干扰背景下主动声纳方程中的混响强度参数。应用射线声学理论研究了收发合置和分置两种情况下，倾斜海底的近程混响平均强度衰减特性；并且结合湖上实验数据的处理及分析，讨论了海水中声速分布、海底散射特性、海底倾斜角和海水中声速跃变层等因素对混响平均强度衰减特性的影响。数值计算以及实验结果表明：对浅海近程混响强度衰减规律影响最大的是海底散射特性；影响较小的是海底倾斜角。     

基于地声模型的浅海混响地声反演研究

利用浅海混响数据反演海底参数和海底散射常数.混响形成过程中声波多次与海底发生相互作用,因此海底参数之间以及它们与海底散射常数之间的耦合非常严重,未知参数之间的耦合使得常规地声反演方法很难获得海底参数.文中首先利用相对混响强度消除了混响数据中的海底散射常数项,然后利用Hamilton地声模型,分别将海底声速、密度和衰减系数表示成孔隙率的函数,采用自适应下山模拟退火混合反演算法,对单个未知数(孔隙率)进行反演,最后再分别获得海底参数和海底反向散射常数.理论分析和数值模拟表明,该方法可以快速准确获得海底参数,同时具有很好的抗噪声干扰能力.     

混响背景下双基地声呐的探测范围分析

为了讨论混响对双基地声呐探测范围的影响,利用经验证的三维散射模型,讨论在不同入射、散射掠射角和散射方位角约束下的海底散射强度分布.根据双基地配置的几何特性,分析对混响有贡献的界面散射面积.以浅海为例分析比较不同基线长度时,混响与噪声限制下不同位置的目标在接收基地阵元输入端所形成的信干比.结果表明,混响限制下,双基地声呐的探测范围与混响强度相关.由于面临较强前向散射和侧向散射的影响以及直达波的强干扰,在近距离上,将出现探测盲区.     

频散、声场干涉结构、波导不变量与消频散变换

浅海低频声场具有稳定的干涉结构,在距离-频率平面干涉结构可以由波导不变量概念统一刻画.回顾了频散、干涉结构和波导不变量概念的关系.综述、解释了作者等人新近引入的消频散变换,一种类似Fourier变换的双参数酉变换,变换可以同时消除多模频散.变换的惟一先验输入参数是β-不变量.给出了初步实验数据处理结果.首次将消频散变换引入处理耦合简正波和混响问题,解释并证明了消频散变换在这些问题中的有效性.     

具有沙(泥)质海底时均匀浅海中的平均声强

过去常用连续介质模型来描述海底,来建立海水中声场的唯象理论,使声强公式不能用海底沉积物的基本参数来表示出．现在把海底沉积物视为一种松散的颗粒介质,松散的沙(泥)质沉积物,用“单参数模型”来描述,考虑到声源在海水层中所激发简正波数目的有限性,将简正波按能量相加,并对发射深度与接收深度在容区内进行平均,得出非均匀浅海中平均声强的表式．由此用演绎法得出了均匀浅海中的平均声强．该声强能用海底沉积物中的基本参数来表出．声强的表式显示出均匀浅海中的声强不具深度结构,却具水平结构,能完满地解释惠斯顿猜想．     

浅海沉底小目标时的反探测研究

在浅水波导环境下,时反处理利用声场的时反聚焦特性,基于收发合置阵,将接收信号在时间上反转后,再向介质中发射回去,时反信号能量会在目标处聚焦,同时使混响降低.在接收增强的目标回波信号之后,通过多路径补偿波束形成,继续提高信混比.再将波束形成的输出与发射信号的拷贝进行相关处理,以其输出作为检验统计量进行目标检测判决,并根据到达信号的时间延迟对目标行距离进行估计.在湖上实验中,通过比较BS发射和TR发射两种情况下的混响和目标处的入射能量,发现时反处理具有抑制混响、提高信混比的能力.在实验室波导中,利用时反处理的优点进行了沉底小目标探测实验.波导实验结果表明,主动时反探测系统不仅能够有效地检测到沉底小目标,而且可以对目标进行测距.     

时间反转处理用于目标探测研究

为提高工作在浅海的声纳性能，提出了基于时间反转处理的微弱目标信号探测的新方法.利用稳定声场的时反不变性和空间互易性，时间反转处理将接收的信号时反发射回去，使之在目标处聚焦，实现混响抑制、信混比提高，同时根据聚焦点的位置信息获取目标的距离和深度参数.时反处理将“海洋自身”而不是“海洋模型”引入信号处理，具有较好的宽容性，是常规匹配滤波和匹配场处理的进一步发展.在被动时反源定位计算机仿真的基础上，利用实验室波导，构建了一个物理时反实验系统，进行了主动时反探测实验.数值仿真和实验结果表明，时反处理可以对目标进行有效的定位.     

波导中弱的低多普勒信号检测

提出了基于ARMA结构的自适应混响限波器(ARNAR)．在频率域用短时频率方差和峰度构成起伏谱特征，并提出了基于起伏谱特征的频率归一化方法来实现恒虚警处理．最后，利用波导中回波的时间扩展现象，提出了二次快拍平均预处理的方法来实现多途情况下的CW信号检测．ARNAR与自适应陷波器(AN)相比，它具有无需知道混响的中心频率的突出优点．仿真研究表明．ARNAR的止带衰减和很窄的带宽等性能略好于AN，并且带宽的控制不依赖于迭代步长的选取．对强混响背景下的低多普勒检测的仿真表明该联合检测系统是有效的．     

地震映像法在某跨海大桥水上勘查中的应用

采用地震映像法对某海湾进行了海上勘测,目的是查明轴线处水深界面、岩面埋深、起伏及构造带情况。在建立反射波运动学数学模型基础上,通过解平面波波动方程,对偏移距的选择进行了探讨。并对地震映像资料解释结果和海上钻孔资料结果进行了综合分析对比。结果表明,地震映像法在进行海上探测时,必须安排偏移距使入射角小于40度,否则难以获得较大的穿透系数,也就不能很好地分辨浅部地层,地震映像资料解释结果与海上钻孔资料基本一致,地震映像法是一种用于海上探测的行之有效的方法。     

界面混响信号的仿真研究

研究了基于混响网络模型的具体仿真实现。给出了简要的理论介绍、具体的实现方法和相应的仿真结果,并对仿真结果进行了诸如统计特性,时空相关特性和频谱特性的检验,检验结果表明,对混响网络模型的具体仿真实现是成功的。     

石塘湖溶解氧分布特征及相关因素分析

通过对2014年安庆石塘湖溶解氧DO数据分析,探讨该湖DO的水平和垂直分布特征,以及DO与水温、电导率、高锰酸盐指数的相关性,进一步引申出目前城市浅水湖泊存在的富营养化问题。结果表明:石塘湖表层DO值≥5mg/L,水质呈优良状态。水平分布特征是深水区点位DO值高于浅水区值,垂直分布特征为水温较低时,表层、中间层和底层DO值差别不大,但在水温较高时,差别较大。7、8月一些深水区点位出现底层厌氧、叶绿素a升高的情况,表层CODMn≥8mg/L,水质呈富营养化状态。DO与T、电导率、CODMn相关性均呈显著性意义,其中DO与T相关性最好,为非常有显著意义。     

舟山海域垂直方向上水动力特征数值模拟分析

通过对舟山海域三维结构网格的建立,划定5个进出口边界,形成一个封闭的计算域。运用计算流体力学方法,基于ADCP流速走航试验实测资料,建立海水模型,Fluent求解器对该海域垂直方向上进行水动力特征数值模拟。实验结果显示,水动力特征数值模拟计算结果与实测资料拟合良好;垂直方向上的流速随海水深度增加而逐渐减小;同一水位点涨潮时的流速始终大于落潮时的流速;海底粗糙度对海域流速影响不大。基于该数值模拟模型,结合日后在该海域摘箬山岛南侧安置海洋环境自动观测站,对验证模型的可靠性以及计算得到整个海域的数据资料具有重要意义。     

深水崎岖海底对下伏地层反射波特征的影响分析

基于深水崎岖海底地区的地震剖面建立崎岖海底地层地震地质模型;基于射线正演模拟及地震波在弹性分界面上的能量分配,分析研究崎岖海底影响下的下伏地层反射界面上的地震波运动学和动力学特征以及对崎岖海底对下伏地层成像精度的影响,分析结果表明,崎岖海底对下伏地层的反射覆盖次数、反射能量以及入射角范围有很大的影响,导致波的动力学特征发生明显变化,尤其海上长排列加剧振幅的横向变化,指出在复杂崎岖海底地区地震勘探必须选择合适的排列长度和覆盖次数才能确保保幅成像处理。