一种估计吊放声呐工作深度的简易方法

反潜战中,吊放声呐的工作深度对探测效果影响较大,研究如何根据不同声速剖面确定最佳工作深度使探测距离达到最远,可有效提高探测效率。先将声速剖面划分为典型的几类,然后设计了一种使计算机能够自动识别其类型的方法,再在此基础上利用Bellhop模型找出不同声速剖面下的最佳工作深度规律。仿真结果证明快速算法在一定条件下可替代逐深度计算声呐作用距离,再通过比较选出最佳工作深度的传统算法的。     

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。     

生物声学成像中声速不均匀性解决方法的研究进展

对于以超声波为载体的生物医学声学成像(如超声、光声和磁声成像等)技术,为了简化问题,常在假设待测组织内声速恒定的前提下,重建组织内的声阻抗、光吸收分布、光学特性参数分布或者电导率分布等。但是,实际生物组织内部的声速是存在差异的(最大可达10%),因而在此假设前提下重建出的图像通常是不准确的。在介绍声速不均匀性对声学图像重建影响的基础上,对超声、光声和磁声成像中解决声速不均匀问题的主要方法,特别是光声层析成像中重建组织内声速分布的主要方法进行总结和归纳,讨论各自的优点和不足,并展望未来的可能发展方向。     

台风“莫兰蒂”对声传播特性的影响研究

利用吕宋海峡附近海区温盐数据的数值模型进行声传播模拟计算的方法,根据相应的声速剖面及声传播损失,分析台风对声传播特性的影响。结果显示,2010年第10号台风"莫兰蒂"过境时,海洋环境对台风的响应较为迅速,海洋表层的温度和盐度变化剧烈,而声速及传播损失的变化较温度盐度缓慢。分析表明:台风过境会导致表面声速减小,深海声道最小声速增大,声传播损失增大,深海声道原第一会聚区位置最小声能损失增大5 d B,台风过境导致声线第一反折点位置下移,第一会聚区消失,使声传播距离缩短。     

利用残缺样本声速重构声速剖面

用经验正交函数(experiential orthogonal functions,EOF)表示声速剖面受限于样本声速的测量深度,应用该方法重构声速剖面只能计算到样本中最浅剖面的深度。要想进行全海深声速剖面的重构,必须对残缺的样本声速进行合理地外延。为此,首先对样本中温度和盐度进行了外延,然后根据声速经验公式计算得到了全海深的样本声速。在此基础上,通过解多元方程组的办法求解经验正交函数系数达到了声速剖面重构的目的。结果表明,提出的声速剖面外延方法是有效的。另外,只要知道声速剖面变化较剧烈深度上的3个点的声速值就能重构声速剖面,对于文中的数据来说,重构的均方根误差可达到0.872 m/s;增加经验正交函数的阶数能提高重构精度,但5阶以上,阶数的继续增加对精度的提高将不会有显著的影响。     

近海面水层中声传播损失估计和分析

近海面水层通常存在声速梯度变化,并随着季节的更替而改变。根据南海典型中等深度海在春季、夏季、秋季和冬季的声速剖面,分析近海面水层中12 km水平距离内声传播损失的空间分布和频率变化规律。结果表明:春、夏两季由于负梯度声影区现象,声传播损失约在1 km的距离超过80 d B;秋、冬两季的典型特征是存在表面声道现象,当声源在近海面混合层内部时,混合层中声传播损失在截止频率以上小于球面扩展损失,而当声源深度大于混合层深度时,表面声道现象不明显。     

关于浅海沉积层对声场影响的讨论

一、引言 水声学通常将海底对声场产生巨大作用的海域称为浅海.在我国南海海域存在着一类比较特殊的浅海海域,如图1所示.它的海深大约2km,象深海一样存在着声道,海面处海水的声速一般比海底处的大.海底有一沉积层,沉积层下面是半无限基底.海面处的海水声速与沉积层的声速接近.在这类浅海中,海水表面附近的声场对海底参数的变化非常敏感.对于这一类的浅海声道,最有效的计算模型是简正波模型.目前流行的简正波模型非常多,每一种模型都有各自的优缺点.这类海域的声场计算需要尤其慎重,必须选择合适的简正波模型.本文首先讨论简正波模型的选择问题,然后利用数值模型的方法研究了沉积层的声学特性对声场的影响.     

聚类分析在主跃层识别中的应用

文章讨论了用有序样本聚类的方法来实现对主跃层的识别，文中建立了3种不同的分类函数和类直径的有序样本聚类模型。作者以中国海30分方区按月统计声速剖面历史数据为样本，分析了这3种不同的有序样本聚类方法的优劣。应用其中较优模型有效地提取了主跃层的厚度和平均梯度等信息，确定主跃层的起始点，有利于对声速剖面的特征提取，从而有效地对声速剖面进行分类。     

声速不均匀修正对水声定位系统测距精度的影响

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。     

空气中风和声速剖面对空气声透射入水影响

在研究空气声源激发的水下声场时,通常假定空气为静止、均匀半空间,而没有考虑空气中实际声传播条件(风和声速剖面)的影响。在基于传播矩阵的快速场模型基础上,可得出计算运动介质中声传播的二维快速场模型FFP2DM,和远场近似条件下的一维快速场模型FFP1DM。用这两个模型,对空气中风和声速剖面对空气声透射入水的影响进行研究。结果表明:空气中风速剖面和声速剖面对空气中声传播有很大影响,但对于透射进入水中的声波影响很小。     

三元阵被动测距在浅海低频条件下的声速修正

声速是三点被动测距方法中影响距离解算精度的重要参数,当声呐系统的工作频率较高时,一般直接使用海水声速。但随着远距离探测声呐技术的发展,声呐工作频率越来越低。浅海波导中传播的低频声信号的相速度和群速度明显不同于海水声速,选取哪个声速项用于距离解算是一个值得研究的问题。通过理论分析与pekeris波导中的数值仿真,确定了三点被动测距解算公式中的速度项应为相速度。仿真结果表明选用简正波相速度用于距离解算能有效降低浅海低频时三点被动测距方法的误差。     

多波束测深中声速剖面的分层EOF自适应重构

在海水性质变化剧烈地区利用重构声速剖面进行多波束测深时,传统的经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions,EOF)方法在阶次选取时未顾及声速浅水的复杂性和深水的平稳性的特点。针对传统EOF方法存在计算量大、精度低等问题,给出了一种声速剖面EOF重构中分层阶次的确定方法。根据常梯度声线跟踪计算深度,在满足0.25%倍水深限差的要求下,统计有效波束比,采用自适应方法确定出合理的阶次。实验结果表明,该方法相较于传统EOF重构声速剖面测深的阶次选取方法,降低了运算量,提高了精度。     

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。     

未知声速分布下的一种水下目标GPS定位修正算法

由于海洋中声速分布不均匀,要实现水下目标GPS的精确定位,必须进行误差修正。阐述了采用应答器工作模式的水下目标GPS系统定位原理,在水下目标GPS系统定位过程中,分析了一种基于欧氏几何原理的修正算法在声速分布未知时的定位修正效果和局限性,研究了算法出现盲区的原因,并据此对该算法进行了改进。仿真计算结果表明改进后的算法可有效减小声速分布未知时声速估计不准确造成的定位误差,提高了水下目标GPS的定位精度。     

5．1环绕声前方声道ABC制式的声像定位

5.1环绕声系统中声像的准确定位是非常重要的问题,其主要由环绕声前方3支话筒实现。较双声道立体声而言,环绕声前方声道由于增加了中央声道,声像定位更加复杂。文中着重分析和讨论环绕声系统中前方声道应用3支全指向话筒时声像定位的问题,并结合双声道立体声的相关理论及数据,得出使前方声道声像分布较均匀的相关参数。     

波束位移射线简正波理论在双轴海洋声道中的应用

由于表面声道与深海声道间的耦合效应，声波在双轴海洋声道中的传播比较复杂，因此求解双轴海洋声道中的声场就比较困难。文章将浅海声传播的波束位移射线简正波（BDRM）理论应用于计算双轴海洋声道中的声场，进行了数值模拟并与传统简正波方法进行比较，结果表明应用BDRM理论计算的传播损失具有很高的精度和速度，可以对双轴海洋声道内声传播问题进行分析和预报。     

底质坚实的浅海中的声传播

在离开Yucatar半岛的Campeche海堤处的浅海中做了一项实验,此项实验是为了测量简正波幅度函数和衰减系数而设计的。测量是在海堤的两个测位上进行的,该处水深约30米;下面是坚实的石灰石底,其中已测得声速为每秒1900米。所用脉冲连续波信号的频率是400赫,750赫和1500赫。利用海底液态模型而计算得到的简正波幅度函数理论值同测量值符合得很好。为了使所测得的简正波衰减系数同理论值相一致,需要假设该海底的切变速度是每秒钟1000米.此值低于水层中的最小声速,所以海底中传播切变波的产生是引起衰减的主要机制.在两个测位上测得的简正波衰减系数有着显著的差别,这可以用水层底部低速声道的深化来解释.     

少量声速剖面时浅海声传播不确定性研究

当只有少量的浅海实测声速剖面时,不能直接利用Monte Carlo法研究声传播的不确定性。基于经验正交函数法,提出扩展向量法对少量实测声速剖面进行扩展,产生与实测声速剖面统计量基本一致的扩展声速剖面,基于MonteCarlo法,利用扩展后的声速剖面计算了声传播损失概率密度分布。结果表明,扩展向量元素服从标准正态分布,扩展后的数据捕捉到了未能测量到、但可能存在的声速剖面,该方法为浅海环境下实测声速剖面数据较少时,研究声传播不确定性提供了一种新的途径。     

海水声速测量方法及其应用

在水声研究和海洋工程中,广泛地需要测量海水声速。纵观水声技术的发展历史,声速及其测量方法和手段一直是水声研究的基本问题。从水下声传播速度的物理特性出发,介绍了典型海洋声速剖面的特征,以声速剖面对声传播的影响为关注对象,示例说明了其对声纳最佳探测深度及声纳探测距离的影响,以及声速测量在大洋测温中的应用。在声速剖面测量方法方面,介绍总结了国内外的声速测量设备的原理、技术发展趋势以及主要产品。最后给出了海洋声速剖面测量的发展展望。     

基于爆炸声传播时间的声速剖面反演

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。