不规则海域收发合置混响强度建模与验证

＂不规则海域＂是水平边界和海底边界形状不规则的海域。从边界混响产生的物理机理出发,以射线声学为基础,用Lambert散射定律计算海底和侧壁面的散射,建立浅海不规则海域混响强度模型。该模型仿真计算出的收发合置平均混响强度与实验数据测得的混响强度相符。该混响强度模型能准确地计算此类海域的平均混响强度。     

浅海波数积分混响研究

1引言 浅海混响一直是近年来水声研究的一个活跃而有意义的研究领域.到目前为止已经有多种理论模型,如Ellis[1]的浅海简正波混响模型;Smith[2]和Co1lins[3]各自的抛物方程混响模型;Schmidt[4]的波数积分混响模型等.对于比较平静的海面或负梯度声速剖面,在估算浅海混响强度时往往只需要考虑海底散射而忽略海面和体积散射的影响[5],故本文在浅海混响建模时仅考虑了海底界面混响.Schmidt领导的研究小组利用全波动散射模型研究混响的统计特性,对混响的能量衰减特性研究相对较少.本文从一个十分简单的方式对浅海混响能量衰减进行研究,即利用波数积分方法计算声波从发射换能器到散射体和从散射体到接收水听器的传播,同时采用经验散射函数来描述海底界面散射特性,然后给出混响强度随时间的变化关系;最后给出了数值计算结果,并与实验数据做了比较.     

浅海混响实验数据垂直指向性简正波建模分析

混响是限制主动声纳性能的主要因素之一。人们利用接收阵的指向性来提高信号／混响比。垂直指向性可用于抑制边界混响。本文利用浅海简正波混响模型进行建模分析,通过仿真计算,研究了海底类型、海深、声速梯度对海底混响的影响。仿真结果表明：海底类型对混响影响最为严重;利用实测的平均声速建模的Pekeris信道的预测海底混响与利用实测SSP的预测海底混响相差很小;海深越深,海底混响越小,海深对海底混响的影响介于上述两种因素之间。在仿真分析的基础上,论文主要进行了浅海混响实验数据垂直指向性的建模分析。对东中国海60元垂直阵采集的混响数据进行了波束形成,并对单个水听器和部分波束的混响曲线与浅海混响模型预测数据进行了比较。经初步分析表明,实验数据与模型吻合得较好。     

浅海水平线阵接收海底混响序列仿真

混响序列仿真作为海上实验的替代手段,可为声呐设计及抗混响技术研究提供数据支撑。借助简正波理论研究海底散射声场,将海底散射场视为海洋传输网络形成的传递函数,在此基础上将海底散射微元按方位角均匀划分,依据阵元间的相位关系给出了水平线阵接收海底混响序列的仿真方法。以负梯度浅海环境为例进行了混响仿真,并对仿真序列的频谱特征、统计特征、空间相关特征进行了验证,结果表明该方法获得的混响序列特性与理论预测相符,可以为抗混响技术研究提供参考。     

浅海波导远程信混比预报模型

浅海主动探测时,海底混响是目标回波的主要背景干扰,信混比影响主动声纳的性能.混响和目标回波都属于海洋中的散射问题,利用简正波方法,结合平面波散射函数建立了浅海远程信混比预报模型,实现了不同环境参数下信混比的量化分析.仿真比较了不同信号形式、频率以及不同海底底质下的刚性球信混比曲线,从理论上分析了回波随距离的振荡现象.结果表明：用无指向性的声源探测目标时,信混比较低,探测较为困难;宽带信号照射下目标回波更加平稳;简正波之间的干涉导致回波随距离发生振荡,频率越高,干涉结构越复杂;在硬海底环境中信混比相对较小且目标回波振荡剧烈.     

三维浅海简正波混响模型

推导了浅海简正波混响模型,模型计算了从声源到浅海水底散射域声波能量的传播及其反射过程。在散射域,考虑了复本征值,有效的简正波对入射波和混响强度的影响。并且将简正波分解为上行波和下行波,利用下行波和Lambert散射定律,计算海底散射后接收的混响强度,其结果与收发同置的水听器接收数据一致。所得出的混响强度模型,物理意义清楚,形式简单,具有较强的普遍适用性。     

收发分置式声纳系统混响仿真方法

给出了收发分置式声纳系统混响的一种仿真方法,首先推导出收发分置式声纳系统的体积混响、海面混响、海底混响的等效平面波混响级公式,并由等效平面波混响级公式计算出平均声强度衰减规律,与由声线法计算平均声强度衰减规律相比,仿真实现时计算更简单。并对仿真结果进行了平均混响强度衰减规律分析和统计特性与时间相关特性检验,与理论值相比较具有一致性,为收发分置式声纳系统的目标检测、信息传输技术研究提供理论依据。     

负跃层条件下浅海海底单参数反演技术

海底参数反演是获取海底声学特性一种经济高效的办法。近年来,课题组提出用小掠射角下海底反射损失随掠射角的变化率F_dB（dB·rad^-1）作为描述海底的单参数,建立了浅海均匀水层和负跃层水文条件下的海底单参数模型。负跃层单参数模型的建立,为海底单参数反演提供了新的设计思路。文章基于浅海负跃层海底单参数模型,设计海底单参数地声反演方法。首先对负跃层水文条件下浅海海底单参数模型进行简单的描述和介绍;然后在浅海负跃层单参数模型基础上,利用声传播损失对海底单参数进行反演;最后利用实验数据对反演方法的有效性进行了验证。     

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。     

浅海波导中时间反转处理增强信混比能力的仿真分析

针对典型的浅海波导环境,通过计算机仿真研究了目标位于波导中间深度条件下时间反转处理增强信混比的能力以及目标深度的变化对信混比增强能力的影响。对时间反转处理和一般均匀传输产生的目标回波和海底混响强度进行了定量比较。结果表明,在仿真条件下,目标位于波导中间深度时,与一般的均匀传输相比,时间反转处理获得的目标照射强度高10dB～15dB,而相应的海底混响却低了10dB左右,这验证了时间反转处理有效增强信混比的能力,而目标靠近海面或海底时,时间反转处理的海底混响抑制能力有所减弱,当目标位于海底时,由于时间反转聚焦,该距离上将出现一个海底混响峰值。     

用有限多途声线计算浅海混响衰减规律的研究

以射线声学理论为基础,推导出典型海洋环境下各类多途声线的海底混响平均强度计算式,在数值计算的基础上,分析比较各类多途声线海底混响的相对大小以及它们对总混响的贡献,以确定用射线线声学方法计算海底混响时,最有效的多途声线数.     

浅海负跃层对声传播影响的仿真研究

0引言夏秋季节,在浅海常常存在强烈的季节跃层,季节跃层对声传播具有重要影响。在负跃层海域,海水可以分成三层,在上层和下层声速随深度变化缓慢,而在中间层变化剧烈。在这种环境下,声传播特性强烈的依赖于跃层的深度、厚度和强度。本文采用浅海声传播的波束位移射线简正波(BDRM)理论[1,2]定量分析浅海负跃层对声传播的     

一种基于阵列不变量的浅海声源深度分类方法

浅海负跃层环境下波导不变量可以用于声源深度分类,但是当声源相对于接收阵无径向距离变化时,波导不变量值难以估计。针对距离已知且相对于接收阵无径向距离变化的声源,提出一种基于阵列不变量的声源深度分类方法,可适用于浅海负跃层环境。所提方法利用阵列不变量估计波导不变量,进而实现声源深度分类。计算机仿真结果表明,当垂直阵位于负跃层以下且声源距离已知时,利用阵列不变量估计出的波导不变量随声源深度的变化明显,可用于目标深度分类。     

基于射线理论的海底混响建模研究

以海底混响为研究对象,在深入剖析混响形成机理的基础上,以射线理论作为研究方法,从网络模型的角度出发,建立起一种具有直观物理意义的海底混响模型。结合“互易性”提出了收发合置情况下的非相干海底混响信号模型,进一步简化后用于混响信号的预报以及混响平均强度的计算。仿真结果显示了该方法的有效性。     

基于时-空离散化的海底混响时间序列仿真方法

以海底混响为研究对象,提出了一种混响仿真时通过时空离散化处理降低计算量的方法.以混响的点散射模型为基础,海底混响认为是海底散射体对发射信号的响应,用线性网络对其进行描述,得到冲击响应函数.通过对冲击响应函数时间离散射化处理,相应的对海底进行空间区域划分,进而把散射体散射信号叠加时的叠加总数转化为时间域离散化之后的时间段...     

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。     

分层浅海海洋环境噪声场的射线预报方法

海洋环境噪声场是一个随地域、时间变化的复杂的场，现场快速预报对于环境匹配的声纳系统有重要意义。文章中利用射线声学模型计算了等声速分布、负梯度声速分布、正梯度声速、及任意声速分布条件下分层浅海海洋环境噪声场的指向性、噪声强度和相关函数随深度变化的规律。研究表明：分层浅海海洋环境噪声场与海底特性及声速分布有很大关系；利用射线预报方法可以快速预报分层浅海海洋环境噪声场。     

南海深海混响的测量

我们在南海深海（海深３６００）进行了混响强度的测量。使用炸药量为１公斤的定深爆炸源，以悬挂在不同深度上的无方向性水听器接收混响信号。本文给出了声源和接收器深度约为４５０米、２００米、１００米时的典型深海混响波形结构。从近程混响中可区分出体积、海面和海底混响，由此能估算出海面和海底的散射强度以及深海散射层的层强。文中给出了频率为５００赫至１６千赫范围内的海面散射强度与掠角的关系（掠角范围为９度至４４度）以及频率为５００赫至８千赫范围内的海底散射强度与掠角的关系（掠角范围为３５度至７５度）不同频段的散射强度的角度依赖关系有明显的差别，这与具体界面散射的机理有关。     

双基地海底散射建模与仿真分析

海底的声散射是产生浅海混响的主要原因之一。采用小斜率近似方法研究了粗糙液-液分界面的海底散射问题,通过一个统一的方法实现微扰近似和Kirchhoff近似的无缝衔接且不受表面高度均方根条件限制。类比APL-UW模型,利用最低阶小斜率近似求解粗糙海底界面散射截面,并结合Jackson等人的海底沉积层体积散射截面表达式,建立了一个计算双基地海底散射强度的＂小斜率-体积＂模型。针对几种典型的海底类型进行了数值仿真与性能分析,并将数值预报结果与APL-UW模型进行了对比。结果表明,小斜率-体积模型在整个角度范围内较为准确,并且与APL-UW模型的预报结果吻合程度较高,两者散射强度差值小于2 dB。