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。     

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.     

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。     

宽带声学多普勒流速剖面仪回波信号模型分析

宽带声学多普勒流速剖面仪（Broadband Acoustic Doppler Current Profile,BBADCP）通过接收海洋体积混响信号进行频偏估计,体积散射模型的准确性决定了理论仿真的正确性。针对BBADCP的信号模型特点,建立了散射体单元散射叠加效应的海洋体积回波时空特性及散射模型,推导了叠加噪声后散射回波的具体表达式。通过散射回波的离散化,把各参数（幅度、频率、调制）分离开来,单独考虑各参数对测速精度的影响。利用复协方差算法对水流流速进行估计,分析了信噪比、水流流速、紊流效应等因素对BBADCP流速估计的影响,验证了体积散射模型的正确性。     

基于运动平台的海底混响建模与仿真

混响是主动声呐目标检测的主要干扰,混响的建模与仿真对研究水下信号处理具有重要的意义。以海底混响为研究对象,综合考虑发射信号的波形、海底散射体散射特性以及运动平台带来的多普勒频移等影响因素,提出了一种基于运动平台的海底混响仿真方法。该方法同时结合了散射原理与网络模型,具有明确的物理意义,且其仿真实现方法简单高效。最后,通过分析混响仿真信号的瞬时值、包络的概率分布、频谱特性以及时间相关性,验证了该方法对海底混响仿真的有效性。     

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...     

非瑞利混响建模与仿真

针对散射单元内只存在有限个有贡献的散射体情况(具有代表性的K分布混响)进行了建模仿真。它把混响的统计包络通过与系统参数(如波束宽度、带宽)、环境参数(如散射体密度、尺寸)有关的方程形式体现出来。同时,为了避免点散射模型计算量过大的问题,采用有效的近似手段来产生K分布变量,用有限冲击响应滤波器来模拟多途传播影响以及混响功率谱形状。混响包络概率密度分布函数的建模与仿真,对主动声呐的混响抑制研究具有较高的应用价值。     

活动靶标模拟声特性与反射声特性的差异及其影响

本文从理论上分析计算了典型的大口径活动靶标的目标散射回波机理和目标强度值,探讨了其对模拟声学特性的影响.研究结论认为,靶标航行体产生的目标强度具有强烈的方位"收敛"特性,除正横方位外散射回波都很弱,几乎淹没在混响背景里,攻击武器在远、中场时多处于侧尾追方位,靶标的弱散射回波不会对其产生影响,在近场,则由于攻击武器已由探测跟踪阶段转为攻击过靶阶段,靶标自身的散射回波影响也变的没有意义.     

黄海中部高频反向体积声散射的观察

本文利用频率为２００ｋＷｚ的垂直探鱼仪对黄海中部夏季反向体积声散射进行了观察,对散射回波信号作了录音。发现晚上散射很强,白天则很弱。经给出了计算机处理后不同深度散射信号随时间的变化,获得了散射体在黎明天亮时垂直向下移动的动态记录和由散射层垂直起伏所反映出海洋内波图象。     

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。     

深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

利用声相关流速剖面仪观测深水散射层

讨论了利用声相关流速剖面仪进行深水散射层观测的可行性。结合声相关流速剖面仪垂直发射编码调制信号、多阵元接收的特点以及测量流剖面三维速度的优势,提出利用回波强度和垂向速度两种方法对深水散射层进行观测。在23kHz声相关流速剖面仪工程样机海试数据的基础上,利用这两种观测方法对DSL进行了观测。观测结果表明：利用声相关流速剖面仪可以直观地观测深水散射层的分布及运动规律,这两种观测方法是实际可行的。     

随机起伏界面声散射的实验与理论研究

进行了二维粗糙海面声波散射特性的水池实验,测量了不同入射角、散射角以及方位角条件下所对应的散射强度。实验通过不同位置风扇对水面的吹拂获得粗糙水面,分别对水平面上互相垂直的两个方向上的水面波高变化进行了测量,利用周期图法估计出这两个方向上的空间功率谱,验证了实验中的粗糙水面是各向同性的。利用改进的空间域处理技术去除了总声波信号中的直达波和其他固定位置散射体的散射信号,获得了粗糙水面的声波散射信号。利用小斜率近似方法计算了二维粗糙海面的声散射特性。实验与模拟计算结果比较,证实了计算二维粗糙海面声波散射特性的小斜率近似方法的有效性与准确性,相互印证了实验与理论。     

基于声学隧道效应的低频目标强度增强技术

高分子聚合物(Polymethyl Methacrylate,PMMA)材料的瑞利(Rayleigh)波相速度低于水中声速,是一类亚音速波,其声散射特性及形成机理与金属材料存在一定差异。根据弹性球散射声场简正级数解,对比分析了相同尺寸的PMMA球和钢球的目标强度,发现PMMA球在低频段具有较大的目标强度。采用亚音速波声学隧道效应和表面环绕波传播共振特性,对PMMA球中亚音速Rayleigh波形成的低频目标强度增强进行了物理机理解释和分析。最后,开展了PMMA球和钢球声散射水池试验,验证了PMMA球具备较大的低频目标强度以及分析结果的准确性。     

水下刚性角反射器散射特性

为了分析水下角反射器的声散射特性,提出了一种计算水下凹面目标散射声场的方法。采用ANSYS软件构建水下角反射器实体模型,再利用声学分析软件SYSNOISE对其远场散射声场进行仿真。计算了二面角反射器的目标强度,并与声束弹跳法和板块元法的计算结果进行对比,验证了该方法的适用性和精确性。对三面角反射器的散射特性进行了分析,得到了不同声波入射角度下的目标强度、目标强度随频率的变化规律以及散射方向图,结果表明,正方形角反射器的目标强度最大,三角形角反射器的散射宽度最大,角反射器目标强度不存在明显的频率效应。计算了八面角反射体的方向图,计算结果表明角反射器组合可以有效增大目标强度和散射宽度。     

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。     

室内声场模拟中的界面声散射

室内声场模拟中引入扩散反射对提高模拟的准确性具有重要意义,但采用单值散射系数无法完整表示界面的扩散反射特性。受几何声学中扩散反射模拟方法的限制,界面有效散射系数存在不确定性。通过改变一个矩形房间中的吸声量、吸声布置方式及表面几何复杂程度等声场条件,对混响时间的模拟值与实测值进行比较,分析了由界面散射系数不确定性产生的模拟偏差与房间内声场扩散的关系。