海洋深海会聚区发生概率分析

根据海洋声速分布特点,以南海深海区为例,利用深度余量和其变化量与会聚现象发生概率之关系,对南海海区的会聚现象发生情况进行了研究。为了未来海洋探测以及海战的战场准备,我们亟需对南海声线传播规律进行研究和探索,以便为水声探测器材的使用提供了决策依据。本文这一从南海声速入手,对南海深海会聚区的发生情况进行相应的预报。     

深海反射会聚区距离计算方法研究

0引言深海会聚区现象是深海海区主要的水声环境特点之一,利用会聚区现象实现远程探测已成为声纳最重要的工作方式之一。当会聚区现象发生时,声纳的作用距离将发生质的变化,对目标的隐蔽性带来巨大的挑战。要形成会聚区,声源和接收器两者必须都置于声道内,且海水的深度必须足够大,当水深达不到声线在海底发生反转所需的深度时,     

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。     

基于深海会聚区声强匹配处理的声源定位方法

匹配场处理技术(Matched Field Processing MFP)近年来在声源被动定位、海洋环境声学参数反演等方面得到广泛的应用。根据深海声道中声场的会聚现象,提出了一种基于深海会聚区声强匹配处理(Matched Convergence Intensity Processing,MCIP)的深海声源定位方法。当声源和接收水听器处在会聚区深度范围内时,MCIP方法利用单个水听器即可实现声源距离和声源深度估计。对单个水听器的实测信号进行相位补偿到会聚区距离上,得到实测场声强,与拷贝场会聚区声强进行相关计算并搜索峰值来确定声源位置。数值仿真实验验证了MCIP方法,并分析了环境失配情况下MCIP的估计性能。     

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。     

深海会聚区中求解目标运动要素的机动方法

本文简要介绍了深海会聚区的形成原因及特点,讨论了会聚区的宽度.文章重点分析在深海中求解目标运动要素的机动方法,并作了模拟计算分析,得出定性结论.     

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。     

利用直达波和海面反射波到达时延反演深海声速剖面

研究了利用直达波与海面反射波到达时延反演深海声速剖面的方法,采用最严经验模态方法组织利用历史水文数据并进行反演,并利用 2016年南海中南部冬季调查的实验数据进行了验证。反演结果与实测声速剖面在深度小于 710 m处的平均绝对误差的最大值为 2.15 m·s^-1,反演结果与实测值基本相符。     

现代海底热液活动异常条件探测关键技术研究

结合我国863计划海底热液活动探测技术研究课题的开展情况,综述了现代海底热液活动调查和研究依赖的主要探测技术--深海拖曳式走航连续探测技术、海底原位探测技术、长期定点连续探测技术、深潜技术及深海钻探技术的研究和应用,介绍了我国深海探测技术的研究现状,分析了21世纪海底热液活动研究的发展趋势,指出调查发现新的热液硫化物分布区、研究热液活动的生命现象、建立海底热液活动现场长期监测体系将会是今后研究的重点.     

利用字典学习的浅海被动声层析

针对被动海洋声层析,提出了一种利用字典学习从海洋环境噪声反演浅海声速剖面的方法。首先,通过海洋噪声互相关函数提取出两个水平阵列间的经验格林函数;其次,通过字典学习从数据生成字典矩阵来稀疏表征声速剖面;最后通过搜索稀疏的系数来实现对浅海声速剖面的反演。通过南海实验数据对本方法进行了验证,相对于传统被动海洋声层析方法实际反演结果的均方根误差降低为0.53 m·s^-1。而且搜索参数更少,同时具有较高的准确性。     

深海探测与驻留装备发展研究

深海探测与驻留装备是发展海洋科学的重要基础。近年来,我国自主研发的相关装备进展良好,但在国产化过程中仍面临一些“卡脖子”技术问题,亟需攻克相应装备的技术短板,推动我国“透明海洋”能力建设。本文在分析深海探测与驻留装备发展需求的基础上,围绕深海通用感知探测设备、深海运载探测通用平台、深水多功能作业平台、深海通导定位装备、深海通用作业工具、深海有人与无人设备的智能控制系统等6个重点领域,系统梳理国内外相关装备的发展现状,深入辨析我国深海探测与驻留装备发展面临的问题。本文论证提出了我国深海探测与驻留装备的9个重点发展方向,涵盖探测装备能源补给、装备系统设计及优化、高功率密度动力、原位实验研究与开发、载人装备宜居与应急救援、水下动态网络定位、水下声光多模混合通信网络、作业人机混合决策与协同控制、人机交互效能评估及优化等关键技术。研究建议,坚持科学发展、加快启动重点海域建设,坚持统筹集约、高效推进共建共用共享,坚持创新驱动、持续发展新技术新装备,以推动我国深海探测与驻留装备的高质量发展。     

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。     

深海海洋环境噪声垂直相关性研究

海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,其空间结构特性是影响水声系统的重要因素之一。在风成海洋环境噪声波数积分模型的基础上,对深海噪声场的垂直相关性进行了研究。通过数值仿真讨论了深海环境下,海底声速、衰减系数、海面噪声源深度及接收器深度对均匀分布于海面附近的噪声源的垂直相关性的影响。仿真结果表明:噪声场的垂直相关随海底声速、衰减系数和接收器的绝对深度的变化较小;高频噪声的垂直相关性对噪声源的深度较敏感,低频噪声的垂直相关性受噪声源深度的影响几乎可以忽略。在此基础上,分析了某次海试噪声数据,并结合数值计算结果对实验测得噪声数据的垂直相关性进行了合理的解释。     

深海生态过程长期定点观测系统研发及冷泉区科考应用

冷泉和热液是深海海洋系统的重要组成部分,因其自身的特殊性质引起海底地形、理化因子的剧烈变化,进而影响海洋动力、热力等过程,并孕育了独特的生态系统。针对冷泉和热液生态系统科学研究中长时间连续定点观测的实际需求,自主研制了深海生态过程长期定点观测系统("冷泉"号着陆器),突破了多传感器同步观测和长期观测能源分配优化策略两项关键技术。本文介绍了"冷泉"号着陆器在深海冷泉区开展的科学应用情况,验证了"冷泉"号着陆器于深海冷泉区长期定点观测技术的可行性、有效性及其对冷泉生态系统的适用性,并取得了多项科考成果。     

深海水下技术装备发展研究

深海水下技术装备是认知深海、开发深海资源以及保护海洋生态的关键,拓展深海新空间面临复杂多变的环境挑战,亟需高水平的深海水下技术装备作支撑。本文立足我国海洋强国建设的发展实际,分析了深海水下技术装备的体系构成和发展需求,从深海观测/探测与感知系统、水下施工作业装备、深海水下油气生产系统、深海矿产资源开发装备4个方面出发,梳理了国外深海水下技术装备的发展现状和趋势。在此基础上,总结了我国深海水下技术装备研制的发展现状,分析了发展面临的工程挑战,剖析了相关关键技术装备体系和关键物理–力学机制,概括了深海水下技术装备的典型装备代表和装备图谱,凝练了我国深海水下技术装备的共性关键技术,涵盖智能化与自动化技术、精密元器件加工制造技术、高精度定位导航、高速率通信技术、大系统力学计算与分析和跨尺度工程设计方法与技术等方面。为实现我国深海水下技术装备的高质量发展,研究建议：加强深海水下工程技术发展的顶层设计,推动构建共性关键技术协作体系;增强我国深海水下技术规范和标准的行业影响力,大力开拓国际市场;高质量推进兼容通用的平台建设;注重培养深海水下工程科技创新人才,为加速实现海洋科技产业高水平发展提供支撑。     

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.     

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...     

国内外钛合金在海洋工程中的应用现状与展望

总结了目前国内外钛合金在船舶、深海探测、海水淡化、海洋油气开发等海洋工程领域中的应用,对我国海洋工程用钛合金的发展提出了建议及展望。     

深海内波声学实时探测系统简介

阐述了研制深海内波声学实时探测系统的必要性,并从探测原理、总体框架、系统组成、功能实现和工作流程等四方面对深海内波声学实时探测系统做了简述。该系统的研制是我国首次真正采用声学方法监测海洋内波。     

基于VirtualLab Fusion的原子光刻基片定位方案的光学系统仿真

为了探究原子光刻中基片与会聚激光场间距对沉积纳米光栅质量的影响,我们基于VirtualLab Fusion(VLF)平台实现了基片定位控制方案中光学系统的建模和仿真.结果显示:基片在切割会聚激光时将产生直边衍射图像,其轮廓形状和最大值都会随着基片切割激光截面区域大小的变化而变化:虚拟光电探测器上所得到的反射光强度值将随着基片-会聚激光间距的变化给出了倒置的高斯线型,其最低点出现在基片中心和会聚激光场轴线重合时的位置上.当会聚激光场截面恰好被基片阻挡一半时,探测处的强度值降至45.5%.这种光强随基片位置的变化情况为精确地定位基片位置提供了理论支撑.