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1.
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一种二分迭代实时声线修正算法
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龚浩亮 陈波 万莉莉 江南《声学技术》,2018年第4期
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为提高对水下目标的定位精度,提出并实现了一种二分迭代实时声线修正算法。首先通过二分迭代法快速搜索出水下声源所发出的定位声信号传播声线的初始掠射角,然后以该初始掠射角对应的唯一声线为基础,根据斯涅耳(Snell)声线折射定理计算得到声源与水下接收阵元的距离值,最终利用与声线相符的三路测距值进行交汇解算,完成实时声线修正定位。湖上试验结果表明,该算法简单易行、运算速度快,能够满足实时修正处理的要求,在复杂水文条件下提高了水声定位系统的定位精度。该算法具有良好的工程实用性和通用性,可推广应用于同类水声跟踪定位系统。
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2.
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声线弯曲对水下目标定位的影响及修正方法
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姜婷 张吟《水雷战与舰船防护》,2015年第1期
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水下信道的声线传播是弯曲行进的,用恒定声速来计算水下空间任意两点之间的距离会产生误差。本文根据分层介质中声速传播特性,分析声线弯曲对水声定位性能的影响,提出一种声线修正查表法以提高水下目标定位精度。通过湖上对声线修正方法进行验证,结果表明声线查表法可改善声线弯曲对水声定位的影响。
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3.
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负梯度声速下特征声线与传播时间快速求解方法
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《声学技术》,2016年第1期
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求解特征声线最直接的方法是采用"扫描-插值-迭代"的声线跟踪法,过程较复杂,计算速度较慢。将负梯度声速环境下特征声线的起始掠射角表示为声速、海水深度、声源与接收点相对位置的方程,通过采用量子粒子群算法求解方程直接获得掠射角,进而确定特征声线和传播时间。与声线跟踪法相比,所提出的方法由于不存在数值累计误差和角度插值误差,因此精度更高,另外速度也更快,适合浅海负梯度环境下特征声线与传播时间的快速求解。
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4.
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海洋声学环境下水中声源的时延估计法定位精度分析
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《Planning》,2014年第5期
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水中声源的定位精度受到海洋声学环境的重要影响。结合海上试验的实际应用,分析了水下观测平台采用时延估计法对声源的定位精度问题。根据理论分析,计算了时延估计误差、海洋中声速不均匀、平台非稳性、及声传播起伏等因素引起的俯仰角和方位角误差。利用误差传递公式,获得了上述因素引起的不同平台深度下,不同距离声源的定位误差。比较了采用平面阵与立体阵、是否补偿声线弯曲效应等条件下定位误差的变化,并通过海上试验结果进行了部分验证。研究结果表明,海洋声速不均匀对定位误差的贡献最大。采用立体阵代替平面阵、测量海洋声速剖面并补偿声线弯曲引起的定位误差,在1000m距离上可使定位相对误差从最大30%降低到约10%,有效提高了较远距离上的定位精度。研究结果对于采取措施提高水中声源的定位精度有指导意义。
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5.
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大陆坡海域二维声传播研究
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《Planning》,2014年第2期
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针对在西北太平洋大陆坡外海进行的一次实验中观测到的接收信号能量在声道轴深度附近较为集中的现象,分析了存在向下斜坡时声源置于海面附近和斜坡表面两种情况下斜坡分别对声传播的影响。通过数值模拟,得到了不同声源深度下的传播损失和脉冲的时域波形,数值结果表明,当声源置于海面附近时,声波在水平不变深海环境中随距离衰减很快,而大陆坡的存在可实现能量的远距离传播;当声源置于斜坡表面时,大陆坡会改变水体中声波能量的分布,使其在声道轴深度附近比较集中,这种传播条件下小掠射角声线产生的时间展宽很小,
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6.
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倾斜海底反射时声线水平偏转问题研究
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《声学技术》,2017年第3期
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三维浅海环境下,声线在倾斜海底反射时,会在水平方向上发生偏转。在远距离传播问题中,由于累积效应,接收声线的方位角与发射声线产生较大的偏差。若忽略不计,将会给声源定向等工作带来较大的误差。因此,研究声线在倾斜海底反射时的水平偏转问题,并总结其规律具有重要意义。采用射线声学的方法系统地研究了不同参数情况下倾斜海底声线水平偏转的问题,得到了在海底变化较缓时的近似公式,并进行了数值仿真分析。结果表明,声线的水平偏转的大小和方向由海底深度梯度和入射声线方位角与掠射角共同决定。
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7.
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一种适用于长基线水声定位系统的声线修正方法 被引次数：16
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王燕 梁国龙《哈尔滨工程大学学报》,2002年第23卷第5期
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在水声定位系统中，由于水下沿深度方向存在声速梯度，致使声线发生弯曲，为保证较高的定位精度，必须进行声线修正，提出了一种适用于长基线水声定位系统声线修正的迭代方法，所作的湖上试验研究表明，用此方法进行声线修正效果明显，此方法原则上可适用于其他类型定位系统。
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8.
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浅海声速剖面对吊放声纳探测距离的影响
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曲晓慧 喻荣兵 邱玮玮《测试技术学报》,2011年第25卷第6期
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吊放声纳的作用距离不仅和自身设备性能有关,还和海洋水声环境特性及吊放声纳入水深度有着密切的关系.本文阐述了浅海不同声速剖面中的声传播特性,通过仿真声线轨迹分析了几种典型的浅海声速剖面对声传播的影响.通过对声纳、水声环境以及目标的模型化计算,利用射线模型仿真了几种不同声速剖面情况下吊放声纳的主动作用距离.分析了吊放声纳入水深度对浅海目标主动作用距离的影响.仿真分析结果表明,不同的声速剖面下,声纳的入水深度不同,它们的探测距离也不同,找到最佳的探测距离对应的入水深度,能够充分发挥声纳自身的性能,得到对各深度目标的最好探测.
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9.
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一种分层海洋中求取本征声线的新方法
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王百合 冯西安 黄建国 孙静《微处理机》,2006年第27卷第1期
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提出了一种在恒定深度的分层海洋中计算本征声线的方法。该方法在跨度模型的基础上，将本征声线表示为三段声线跨度的组合，建立跨度方程组以确定本征声线。采用计算本征声线的方法，可以计算若干条本征声线的出射角、到达角、到达时间和传播损失。如果给定声源的辐射频率以及海底信息，还可以计算声线携带声波的强度和相位，这样在经典射线理论的基础上可以简明的描述声场分布，给水声通信时变特性分析和通信系统的设计奠定一定基础。
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10.
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SS—1智能型声速深度仪
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王富堂 王协成 侯温良《声学技术》,1988年第1期
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一、引言 海洋中的声速深度分布直接关系到声波在海中的传播,因而影响水声设备的使用。对于海军反潜作战来说,声速的深度分布是很重要的参数之一。在海洋开发中,当涉及到水下定位时,也必须考虑因声速梯度引起的声线弯曲。总之,海洋中的声速分布是反映海水介质特性的一个重要参数,人们都很重视对它的测量。早期海水声速通过测量海水温度、盐度和深度来计算。为此,人们给出了一系列海水中声速的计算公式。[1][2]到了五十年代出现了利用“声环鸣”方法现场测量声速的设备[3]。人们就广泛使用声速仪来现场直接测量声速。到目前为止,“声环鸣”方…
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11.
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深海大深度声传播特性及直达声区水下声源距离估计
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《Planning》,2019年第5期
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深海大深度声传播特性对在深海近海底进行水声目标探测和定位具有重要意义。利用一次南海中南部深海不完全声道中的脉冲声传播实验数据,分析了海底附近大深度声传播损失及脉冲多途传播特性,并根据直达波和海底-海面反射波的时延差与收发距离的关系,提出一种利用深海直达声区脉冲多途到达时间进行水下声源距离估计的方法。结果表明:当接收器深度位于南海深海海底附近而声源深度较浅时,直达声区水平宽度可达30 km,传播损失相对影区来说较小,有利于水下声源探测;直达声区的直达波与海底-海面反射波的到达时延差随着收发距离的增大单调减小,可被用于水下声源距离估计。得到水下声源的距离估计结果与实验GPS测量结果较为一致,距离估计均方误差为0.28 km。
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12.
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顾及声线弯曲的浅海多目标水声定位算法
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刘慧敏 王振杰 吴绍玉 陈英 张晖 赵爽《石油地球物理勘探》,2019年第1期
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本文简要介绍了浅海石油勘探中声学二次定位的原理,分析了大入射角情况下浅海声线弯曲误差对声学定位的影响。针对声速测量不准和大入射角观测的问题,提出了顾及声线弯曲的多目标序贯解算方法;根据多目标观测的原理和声线弯曲结构短期内的稳定性,设计了基于序贯最小二乘的参数估计方法;该方法按入射角设置阈值,构建新的声线弯曲模型,并利用模型和参数分段解算声线弯曲误差的改正数。采用仿真实验和南海实测试验对新算法进行验证,结果表明:新方法在声速测量不准且大入射角观测数据占比例较大情况下,可改善观测模型,显著提高定位精度。
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13.
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一种非分层海洋中的声线计算方法
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唐俊峰 杨士莪 朴胜春《振动与冲击》,2015年第4期
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在浅海环境中,声速剖面和海底深度在水平方向上的变化都会对声传播产生较大的影响。将声速剖面用前几阶经验正交函数来表示,在一定范围的海域各阶经验正交函数系数可以近似为随水平距离线性变化,提出了一种非分层海洋中的声线计算方法,可以计算到达接收水听器的本征声线和传播时间。该方法计算速度快,计算精度较高,可以用于海洋中的声速剖面快速反演。
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14.
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垂直信道温跃层引起的传播损失分析
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陈韶华 赵冬艳 郑伟《声学技术》,2013年第Z1期
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0引言水声信道的温跃层一般是指海洋表面层下温度急剧降低的负声速梯度薄层。一般来说,声线通过温跃层时明显弯曲,传播损失增大,对声纳作用距离造成很大影响,"午后效应"便是一个典型例子。实际上,这些现象主要是对水平远程声传播而言。对于垂直信道,温跃层是否会造成严重传播衰减?是否会对探测性能造成很大影响?本文旨在厘清这一疑问,从理论和试验两个方面来分析。
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15.
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基于爆炸声传播时间的声速剖面反演 被引次数：2
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张 维 杨士莪 黄益旺 唐俊峰 宋扬《振动与冲击》,2012年第31卷第23期
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特征声线搜索以及传播时间测定的精确性是基于声传播时间的声速剖面反演的关键。在具有倾斜海底的三维海域，声线在海底的反射会导致水平偏转，给特征声线搜索和声传播时间计算带来了困难。为此，首先提出了一种三维空间特征声线搜索方法。通过对南海海洋环境反演实验数据的处理，分析了声线的水平偏转对声传播时间的影响，并用爆炸声传播时间作为代价函数，用量子粒子群算法作为优化算法进行了声速剖面反演。结果表明，海底坡度较大时，声线的水平偏转对声传播时间影响较大，考虑声线的水平偏转能有效地减小声传播时间计算的误差，进而使得声速剖面反演的精度得到显著提高。
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16.
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声速不均匀修正对水声定位系统测距精度的影响 被引次数：2
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张宝成 徐雪仙《声学与电子工程》,1992年第4期
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已知动目标水声定位系统的定位误差由测距误差决定。在高精度水声定位系统中测距误差常为0.01m量级。这类系统对于由声速不均匀和声线弯曲引入的斜距误差常采用(全程)平均声速修正,但这种修正仍保留了一定的剩余误差,对此应予认真考虑。为修正声速不均匀和声线弯曲,本文提出采用数值计算二分法解超越方程,按一定精度计算斜距的方法。 实例计算表明,本文的计算方法与程序均正确;要使声速不均匀和声线弯曲计算满足高精度测距要求(小于0.01m),方程根的精度应取为E_p=10~(-4)(°)。对大量不同声速分布斜距的计算表明,当斜距较大时,在进行平均声速修正后保留的剩余误差远大于测距误差。本法可满足高精度定位要求,但有一定的计算量。
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17.
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南海东北部中尺度暖涡对声传播的影响
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《哈尔滨工程大学学报》,2021年第10期
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中尺度涡是引起海洋声速水平非均匀分布以及声传播起伏的主要因素之一,本文研究了南海东北部单个中尺度暖涡的声传播效应。根据暖涡现场观测数据,利用涡旋动力学模型求解流函数,进而获得声速场数据,再结合PE方法计算了中尺度暖涡对声传播的影响,并给出了声源处于不同位置处声传播效应。结果表明:暖涡的存在,改变了声道轴深度,从而对声线传播方向产生影响,暖涡的存在使从暖涡中心出发的声线会聚区宽度减小,汇聚位置前移,暖涡引起的传播损失在有涡和无涡时可以达到30 dB以上。
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18.
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一种改进型声线修正算法在超短基线定位系统上的应用
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范赞《声学与电子工程》,2015年第2期
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根据声线分层恒速修正原理和超短基线设备测量的水下温度、深度信息,结合系统海上使用的环境特性,提出一种改进型声线修正新算法进行水下精确测距。该算法通过湖上试验和海上验证,较传统平均声速算法大幅提高测距精度,有效解决了声线在水下复杂环境中曲线传播的难题,提高了超短基线定位系统的水下测距及定位精度。
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19.
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多波束条带测深中的声线跟踪技术 被引次数：7
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齐娜 田坦《哈尔滨工程大学学报》,2003年第24卷第3期
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海洋环境里声速随着盐度、温度和深度以及其他因素的变化而变化，导致声波并不沿直线传播，利用声波到达海底某区域的往返时间和声线离换能器的出射角计算该区域的海底深度时，如果采用固定声速，则必然带来误差。为提高测深精度，有必要进行声速补偿，为此，研究一种在深度方向上采用声线跟踪技术进行补偿以提高海底深度测量精度的方法，叙述了射线跟踪的基本原理，进行了计算机仿真，并利用海试数据进行了相应的处理。结果表明，依据声速的变化进行声线跟踪可以大大提高测深的精度。
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20.
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基于水平投影的ROV水下GPS精确定位算法
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张颖军 付本国 刘光《机器人技术与应用》,2016年第4期
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精确的水下定位是提高水下机器人(ROV)作业性能的关键。本文基于斯涅尔声射线理论,采用水下GPS水平投影和有限迭代计算的方法,推导了水下作业机器人精确定位的计算方法,并采用Argo浮标提供的水声数据和MATLAB软件进行了计算仿真。结果表明,相同声信号传播时间,水平投影距离随分层数量的增加而减小并收敛;相同分层数量,水平投影距离误差随初始入射角减小而减小。该计算方法能够实现水下机器人的精确定位。
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