海底沉积物样品声衰减与温度关系的实验研究

不同海区海水温度不同,导致不同海区沉积物温度不同;实验室环境温度变化造成沉积物温度的变化。模拟沉积物的温度变化来研究沉积物声衰减的变化,分别从声衰减系数和本文提出的温变衰减系数描述声衰减。以原状样品和人工样品为例说明了在一定厚度的海底沉积物中,声波的传播能力受到沉积物本身分布的均匀度的影响,会出现不同的衰减趋势;通过定义温变衰减系数得到了海底沉积物对能量的传播能力随温度的升高而降低。     

基于波束计算的水下声学探测设备声兼容传播过程分析

对于搭载多种声学探测设备的水下平台,不同设备的信号可能会产生相互干扰。因此,根据探测设备的波束特性,针对水下平台对海底的探测情形,来分析探测设备声兼容传播过程的特性。结合射线声学和海底散射模型,建立了声兼容分析中声传播的计算方法,并且分析了传播过程中各种因素对声兼容设计的影响。结果表明,在算例的波束条件下,声速剖面对声兼容性的影响较小,而特定类型的海底底质的影响较大。此外,水下平台距海底越高,或者波束偏转越大,声学设备间的相互干扰就越大。为了尽可能减小干扰信号的影响,应尽量避免干扰信号的发射波束和接收波束交叠,此外还给出了波束覆盖角阈值和干扰信号衰减的关系。     

海底声学特性水平变化引起的异常声传播

1引言 声波在海面、水体及海底形成的浅海波导中传播时,水体的声速剖面和海底的声学特性是影响其传播特性的两个重要因素.水体中的海洋内波活动通常会导致声传播异常,Zhou通过在水体中引入孤立子内波解释了夏季浅海实验中出现的不同频率下的声异常衰减现象[1],指出孤立子内波与声场的相互作用,尤其是共振效应引起的简正波模态间的耦合是夏季的低频声传播损失加大的一个主要原因.Li研究了较高频率条件下(＞2kHz)由于海底粗糙度引起的声传播损失异常问题[2].一般地,大幅度的孤立子内波一般出现在很强的温跃层条件下,而文献[2]中的实验异常现象只是出现在高频且接收器和声源都同时位于温跃层之上的情况下.Ellis在一次实验中发现声波遇到较硬的石灰岩海底时在低频段会有很大衰减[3].     

由爆炸声源及传播损失反演海底声学参数

以2001年东中国海（ECS）一次浅海声学试验（ASIAEX）获得的爆炸声源的声信号和声传播损失,进行海底声学参数反演。对宽带爆炸声源（WBS）进行研究,由爆炸声源的声信号提取出海底反射波与直达波,从而得到海底垂直反射系数,结合Hamilton的经验公式反演出海底等效声速和密度。反演所得结果与海底取样结果相近。由传播损失反演海底声衰减,选取适当的代价函数,调整声衰减,使得代价函数最小,从而反演出海底声衰减。运用反演得到的海底参数计算的传播损失值与试验结果符合较好。     

声波在海底的折射

低频声能传播的主要模式是很浅地穿过海底未固结沉积物的折射路径。成功地以海底折射模式来模拟传播需要沉积物厚度、声速和在沉积物中声衰减的知识。未固结沉积物可看作为水柱在海洋的声海底上的延伸,而这种海底就是未固结沉积物的基底。本文讨论了太平洋二个站位上所观测到的不同沉积物厚度的海底损失的结果。沉积物厚的站位在小掠射角时记下的海底损失较小,这是因为附加接收到经线的海底折射而来的声能。另方面,沉积物薄的站位在大掠射角时记下的海底损失较小,这是因为附加接收到出现在未固结沉积物基底上的次海底(Subbottom)反射的声能。     

浅海负跃层海底单参数模型研究

海底反射特性在浅海声传播中起着决定性的影响。用小掠射角下海底反射损失随掠射角变化率Fd B构建单参数模型可很好地描述浅海海底特性。对单参数模型进行深入研究和改进,建立了在浅海负跃层条件下描述水下声场的海底单参数模型,并利用数值仿真和海上实验数据,对浅海负跃层海底单参数模型水下声场预报的正确性进行了验证。     

浅海海底地形对吊放声呐探测距离的影响

吊放声呐的探测距离不仅与装备的自身性能和海洋水声环境特性有关,还受海底地形影响。利用射线声学模型,仿真分析了正声速梯度和带有跃变层声速梯度下,不同高度和深度的海底山体和海底盆地（简称：海盆）两种典型地形下的声传播特性。通过声传播特性,得出了不同高度和深度的海底山体和海盆两种典型地形对吊放声呐作用距离的影响。根据声传播特性,得出了不同海底地形下潜艇规避吊放声呐搜索的大致航行区域,给出了吊放声呐增加搜潜概率的可行性方案。     

浅海起伏海底环境下的声传播

起伏海底对浅海声传播有着极大影响。文章利用一次东海夏季水文数据,结合蒙特卡洛方法统计分析了浅海长距离起伏海底环境下的声场特性,并利用射线模型分析了海底起伏对声场不确定性影响的机理。结果表明,高频声波对海底起伏的变化更为敏感,传播损失的概率分布更为分散。负跃层环境下,当声源位于跃层下方时,起伏海底对位于跃层下方接收点的声传播影响更为明显。等温层环境下,起伏海底对声传播的影响相比于跃层环境影响更小。起伏海底的倾斜度越大,声传播损失越大。对于相同倾斜度的起伏海底,相对起伏的大小,即起伏海底高度与海深的比值,比起伏周期的变化对声传播的影响更大。     

海底的地声模型

"地声模型"是作为实际海底的模型而定义的,其重点在于测量、外推和预估那些与水声学及地球物理学声传播方面有关的特性的数值。这样的模型对于地质学和地球物理学的其它方面也是重要的。实际的海底不可能由任何单一的地声模型来确定,所以,重要的是在海中(包括海底)进行的声学和地球物理学试验结果应与这个区域的特殊模型符合。而这些模型能使实验和理论一致。但是,也可以利用地质学或地球物理学的判断,在较宽广的区域内,外推一个一般化的模型。充分地收集不同区域的模型,就能予估世界海洋中相似区域的海底模型。地声模型应该详细描述实际的海底。因而,它能用于宽频带内压缩波和切变波的反射和折射,分层图的地质研究、沉积学和地质史,以及地球物理领域的各种研究,如声的反射和折射、重力的计算等等。建立海底的地声模型,需要综合来源于海洋学、地质学和地球物理学的多种数据。所以,模型集中和运用了海上和实验室中大量科学试验工作所取得的数据。一般来说,一个模型要详细描述复盖在地壳表面的各种沉积层和岩层的实际的厚度和性质。大的分层能够完全满足某些地质学和地球物理学的研究工作的要求。但对声学必须提供足够的细节,以及研究不同声频上的声投射区域。完整的地声模型所需要的信息,应该对每一层都包括以下六项。在某些情况下,现有的技术水平仅允许作出粗略的估计,或者可能得不到有关信息。1.由颠倒采水器(Nansen瓶)和下投声速计取得的复盖水层的特性参数。2.沉积物信息(由岩心,钻孔或地质学外推取得):沉积物类型,颗粒大小分布,密度,多孔性,压缩波和切变波的衰减和声速,以及其它弹性参数;这些参数随深度变化的梯度。例如,由声浮标测量得到的各层声速和速度梯度。3.由连续反射剖面仪在不同频率上确定的沉积层厚度(以时间表示).4.在不同频率观察的沉积物内部反射体的位置、厚度及特性。5.岩层的特性。在海底及接近海底的岩层对水声学是特别重要的.6.海底地形,粗糙度、起伏、斜坡等的细节,例如用水下照相机和深海拖曳装置观察。近期的研究工作已经对含水沉积物的任一种弹性或粘弹性模型提供了特定的参数(例如,速度色散可以忽略或不存在,在大部份感兴趣的频段内,衰减随频率的变化接近一次方规律)。本文评述了这些能够用于海洋沉积物的参数及弹性和粘弹性模型,并介绍了一种特殊的粘弹性模型,及与其有关的方程式。     

非周期型理想钻柱系统声传播特性研究

基于一维声传播理论推导出了非周期型理想钻柱系统的频散方程和透射波声衰减方程,数值计算了非周期型钻柱系统几何参量与其频散特性、声衰减特性之间的关系,并利用有限元ANSYS对非周期型理想钻柱系统的声传播特性的结果进行了验证。研究结果表明：非周期型理想钻柱系统的频散特性与多个周期性结构系统频散特性相“与”的结果一致,具有通带较窄而阻带较宽,且频率在阻带范围内的声波沿钻柱传播时声衰减较大的特性。     

改进粒子滤波在海底地声参数反演中的应用

海底地声参数作为海洋声信道的重要组成部分,很大程度上决定了海洋声传播特性。地声参数可以通过反演算法获得,与距离相关的地声反演问题近年来是研究的热点。粒子滤波是一种高效的序贯寻优算法,可以在海底声学特性随距离缓慢变化情形下,有效解决地声参数的估计问题。但当海底声学特性随距离变化剧烈,如沉积层分层情况发生改变时,传统的粒子滤波则可能失效。为解决此问题,有文献使用了带桥接重采样的粒子滤波反演地声参数。文章在此基础上进一步改进了粒子的采样方式,并将此方法应用到基于海底反射系数的反演中。通过仿真数据处理结果证明,文中提出的改进粒子滤波在地声参数随距离变化剧烈的情况下仍具有较好性能,可以准确地估计海底特性随距离的变化规律和海底沉积层的声学参数。     

“海底山”地形的水下声传播分析

在声传播测量中,在测线上水深的较大变化,使声传播损失发生显著的变化。海底山和海底凹陷地形对声波的传播有较大影响,使声传播损失出现变大和变小的情况,甚至产生较大的声影区效应,对水声装备的研制和使用有重大影响。对一种特殊海底山地形下的声传播问题进行分析,并结合实验数据对比有无海底山情况下的声传播损失,期望对海洋环境测量和水下武器装备的研制及应用有所启发。     

声发射信号在不同结构轴中传播特性研究

声发射信号的传播特性将直接决定故障特征提取及故障定位分析的准确性。本文通过二维有限差分格式建立了声发射信号在光轴、阶梯轴、阶梯退刀槽轴中的传播模型,分析了冲击载荷下（脉冲声发射信号）的轴本构响应,并进行了相应实验。模型仿真和实验结果对比分析表明：有限差分格式传播模型能准确地模拟声发射信号在不同结构轴中的反射、透射、衰减等作用下的传播特性。     

基于物理散射的单基地海底混响建模与仿真分析

分析了海底混响包络非瑞利化的原因,将基于物理过程的K分布混响模型和Jackson海底散射模型相结合,建立了基于物理散射的单基地海底混响仿真模型。将海底混响统计特性与声呐波束宽度、带宽、频率、掠射角等系统参数和散射体尺寸、散射强度、分布密度等环境参数联系起来,同时兼顾了海底混响的统计特性和物理形成机制,仿真结果验证了模型的有效性。     

深海外波导区声场与海底反射损失

过去20多年中,国内外在浅海声波传播领域进行过许多研究工作^[1-2],在感兴趣的频率范围内对典型传播条件下的声场衰减规律取得了大量的理论和实验研究结果,同时还获得了有关浅海海底声学特性的一些信息。海底声学特性不仅对浅海声传播具有显著的影响,而且有时在分析深海声场中也是不可缺少的^[3,4]。研究深海声道传播时,根据海水声速垂直分布的特殊规律性,定义声速剖面上两处相同大小的最大声速所对应的深度为声道的上边界和下边界。当声源和接收器都位于声道上、下边界以内时(内波导区),声源辐射的大部分能量被限制在波导内,因而,就形成通常的波导传播。     

利用声场的水平纵向相关性反演海底参数

1引言 浅海环境中,海底底质的声学特性对浅海声场有决定性影响,进一步影响着海洋声遥感及声纳的作用距离.由于海底参数很难大面积直接测量,而利用声学反演的方法可以大范围的估计海底参数,有海底取样测量无法比拟的优点.近年来,有关海底参数的声学反演方法的探索和研究已成为国内外水声学家研究的热点问题.有多种反演方法相应被提出并应用于某些特定海区,如:匹配场反演、近场脉冲声反演、传播损失反演、简正波过滤技术反演及声场垂直相关性反演等等.但是,基于水平纵向相关来反演海底参数的方法还未见有报道.分析其中的原因,可能是由于在通常海域声场的纵向相关半径远大于实验中用到的水平阵长度.考虑到声场声信息国家重点实验室在2002年8月的一次浅海实验中的海深只有4.5m,而布放于海底的光纤水听器阵列长达100m,水平阵阵长大于20倍的海深.我们在研究其水平相关性时发现:不同频率下的水平纵向相关随水平间距变化呈现出特定的振荡现象,这种振荡现象与海底的声学特性密切相关.基于以上考虑,本文试图通过声场的水平纵向相关性来反演海底参数并给出了初步的研究结果.结果表明该方法有一定的可行性.     

ASIAEX2001联合实验声层析初步

1引言 ASIAX2001(Asian Seas International Experiment,2001)南中国海国际声场与水体相互作用实验海区位于亚热带海域、大陆斜坡附近,具有复杂的地理与海洋环境条件,是内波活动频繁的区域1.通过测量声传播信号的起伏与相关特性,将观测的声学数据与同步观测的海洋环境数据进行对比,从而解释海洋环境变化对声场的影响和作用,并利用海洋声学层析技术反演海洋环境的变化2,3.本文利用声脉冲到达时刻和能量的起伏数据做初步的层析处理.     

新型宽带爆炸声源及海底参数反演

1.引言 2002年声学所重点室在中国北海海区进行了声传播、混响和海底参数反演的综合实验.在本次实验中使用了灯泡作为新型爆炸声源,进行了海底参数的反演实验.灯泡内抽成真空,尺寸有两种:直径20cm的大灯泡和12cm的小灯泡.本文对直径20cm的灯泡和50克手榴弹的声源基本特性进行了比较;并利用测量的垂直反射系数,结合Hamilton经验公式反演了海底的声速和密度.本文分析了个两个实验站点的数据,由海洋图集查得两个站点的地质分别为:站点1-细砂;站点2-泥质.     

一种声发射源的新型平面定位方法研究

声发射现象中产生的弹性波在传播时声压遵从指数衰减规律,文中提出一种利用声衰减特性对声发射源进行平面定位的能量定位新方法。从理论上导出了该方法的定位计算公式,并用AE21C型声发射仪在高分子合成纤维平板上以铅笔芯折断产生信号为模拟源进行了实验测量,证明这种新的源定位方法可行,并具有无须测量传声媒质的声衰减和声速等优点。     

以简正波解为初始场的抛物方程算法应用于深海声传播预报

在深海中,环境参数不仅在深度上起伏变化,在水平方向上也会因内波、涡旋、锋面、洋流等现象而发生变化。对于深海声传播的预报,仍是一个值得进一步探讨的问题。简正波方法具有物理意义明确、但仅适用于水平方向环境参数不变的波导的特点,而抛物方程方法能够便捷地处理与深度、距离有关的声速、地形等环境,但其解缺乏清晰的物理意义。采用简正波解为抛物方程法的初始场,利用Ram随距离逐步递推的数值方法计算整个海域的声能量,计算存在涡旋等复杂海洋环境下的声传播特点。结果表明,该方法不仅可以计算各种环境条件下的各阶简正波的传播特点以及能量变化,而且便于深入地分析深海环境中各阶简正波的耦合特点与能量变化,计算效率大大提高且具有很高的准确性。可以作为浅海和深海中高、低频传播的通用模型。