多孔介质水平分层海底低频地震波的数值模拟

舰船低频辐射噪声在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,可用于识别舰船目标。为获取浅海厚沉积层环境下舰船地震波的传播特性,基于多孔介质波动理论建立海底地震波的三维交错网格有限差分算法,对多孔介质海底低频声源激励的海底地震波进行数值计算。计算结果表明：近场范围内,多孔介质海底地震波的波动成分主要有透射快纵波、透射横波、透射慢纵波和海底界面波;对于远场地震波而言,海水层的波导效应逐渐表现出来,海底地震波的波动成分主要是沿水平方向传播的简正波和海底界面波。     

水中气枪声源激发的地震波场波动成分及其能量占比特性

为分析水中声源激发的海底地震波场波动成分组成及其能量占比特性,开展了理论推导、数值仿真与试验研究.基于高阶交错网格有限差分法对分层浅海模型中声源激发的海底地震波场进行数值模拟仿真,理清海底地震波场波系及其组成成分;采用τ-p法对仿真的海底地震波场波动成分进行分离,分析不同海底底质条件下气枪声源激发的地声波动成分能量及其...     

舰船地震波传播机理及其在水雷引信中的应用研究

为了给舰船地震波在水雷引信中的应用提供理论依据,基于波动理论推导了两层半无限海洋环境中舰船地震波的激发机理和质点的运动规律,获取了舰船地震波的传播特性。理论分析结果表明：舰船地震波的波动成分有Scholte波和简正波,都存在低频截止和频散现象,当频率增加到一定值后,频散现象消失,且质点的运动轨迹为椭圆;Scholte波的质点振幅离开海底迅速衰减,其能量主要集中在一个波长深度内,并且其横向衰减慢。应用高阶交错网格有限差分法数值模拟了舰船地震波的传播过程,给出了场量的波场快照和时域波形,数值模拟结果验证了理论推导结论。开展了湖试试验,给出了湖底地震波信号的时频分布特性,分析了舰船地震波作为水雷引信接收物理场的可行性。     

砂土底质浅水条件下实船地震波的检测试验

舰船低频辐射噪声在浅海的海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,可用于识别舰船目标。为了探讨砂土底质浅海环境下舰船地震波的检测距离和信号特征,利用三分量微幅地震波检测仪,在砂土底质的内陆河道开展了实船地震波检测试验,获取了多个批次随机船只的地震波检测数据。实船地震波检测数据的时频图结果表明,在砂土底质浅水条件下,地震波信号的竖直分量传播距离相对水平分量较远,远距离地震波信号的频率成分主要为螺旋桨的轴频和倍频,多数船只基于地震波线谱的探测距离能达到1 000 m以上。     

浅海声信道中的声纳脉冲传播多途效应

多途效应是水声信号传播的重要现象,对声纳信号的检测与参数估计有较大影响;利用简正波理论,对声纳脉冲在浅海传播过程中的多途效应进行理论分析,结合信号处理理论,给出了接收信号波形计算方法,仿真计算了浅海等温层、负梯度以及负跃层3种典型传播条件下的信道频率响应函数和声纳脉冲信号波形,分析了声速剖面类型、收发深度、接收距离以及海底底质等因素对脉冲声传播多途效应的影响。     

舰船噪声通过特性过零数特征的分析与应用

在正常巡航条件下，舰船沿纵向分布着三个具有不同功率谱特征的声辐射部位。通常，目标舰船距离观测点很远时，舰船可被视为一个点声源，但舰船距离观测点很近时，就不能再被视为点声源，而应被视为体积目标更为合理。分析了舰船做为体积目标时辐射噪声功率谱的纵向特性，利用舰船辐射噪声波形的过零点数分布，构造了舰船噪声通过特性的过零数特征矢量，为舰船目标识别分类研究提供了一种新的特征量，并应用BP网络做了分类实验，实验证明：过零特征可以作为水中目标识别的重要依据，是一种有效的分类方法。     

高频辐射噪声近程传播特性研究

针对近程反鱼雷武器系统建设问题,研究了鱼雷高频辐射噪声的近场传播特性。采用小斜率近似（SSA）方法研究了粗糙海面的声散射特性,给出了具有高斯分布粗糙海面的2阶～4阶SSA双站散射系数计算公式,讨论了2阶SSA双站散射系数随海面粗糙度及入射角度不同的变化规律。并利用SSA双站散射系数计算了水下高频辐射噪声散射声场。仿真结果表明,粗糙海面的散射效应对高频辐射噪声传播产生较大影响,在研究声源/接收器位于近海面的高频辐射噪声传播特性时,应充分考虑海面的散射效应。本文的研究为分析浅海目标声散射特性时,是否需要考虑海面（海底）所引起的多途效应提供了理论依据。     

舰船做为体积声源的源强度谱纵向分布特性

在近程声探测条件下，舰船应被视为体积声源，而非点声源。建议用舰船的噪声源强度谱纵向分布特性描述舰船辐射噪声能量沿舰船纵向及频域的二维分布，探讨船船不同部位辐射噪声的源强度和功率谱特征，籍助对舰船噪声通过对特性信号的时频分析，得到了若干典型舰船的噪声源强度谱纵向分布特性，结果证明，在正常巡航速度时，沿舰船首尾方向分布着三个具有明显功率谱特点的声辐射部位，即推进器部位一，主机部位和辅机部位，这个结论称为正常巡航速度时舰船噪声的“三亮点”模型，简明讨论了在低航速和很高航速时舰船噪声源强度谱纵向分布特性的变化。     

掩埋水雷在不同海底和掩埋深度的声衰减建模

采用Biot-Stoll海底模型分别预测了声波在粗沙、沙质泥和粘土质泥3种典型海底的声衰减系数与声透射系数,通过研究多种海底的声传播特性,建立了掩埋条件下水雷在不同海底和不同掩埋深度的声衰减模型,分析了掩埋对水雷声引信性能的影响。研究结果表明：不同的海底底质、不同的掩埋深度和不同的引信工作频段都会在不同程度下影响水雷声引信的工作性能,在相同的掩埋深度下,10 Hz~5 kHz引信频带内,粗沙海底对声引信的影响最大,粘土质泥对声引信的影响最小,随着海底底质平均颗粒直径的减小和孔隙度的增加,掩埋对声引信的影响有逐渐减小的趋势。     

水下对直升机探测技术研究

直升机辐射噪声是水下探测直升机的基础。讨论了直升机辐射声场指向性、频率特性及空气声向水下传播特性。结果表明,空气声入水折射波在水下传播具有余弦指向性特性,远距离传播损失与海底类型有关,与声源高度关系不大。最后分析了水下对直升机噪声的探测能力,结果表明水下探测直升机可行。     

诱扫主动攻击水雷技术探讨

针对带主、被动声引信的主动攻击水雷,可采用由声模块分布排列的拖曳线列阵模拟目标舰船声场的空间特性,并重构目标舰船的回波特征信号,以诱导主动攻击水雷的战斗部助推火箭启动。对拖曳线列阵诱扫主动攻击水雷的方法进行了技术探讨。     

模拟舰船磁场的两轴磁体设计研究

为提升磁体模拟舰船磁场的相似性、提高舰船磁场模拟的效率，提出一种两轴磁体的设计方法。在同一个磁芯上同时绕制两种形式的线圈，并分别通入独立的电流，用以产生两个相互独立的垂直方向磁场，同时模拟舰船磁场的多个分量，从而模拟整个舰船磁场。按照现有约束条件确定两轴磁体的材料、尺寸、线圈绕组圈数等设计参数，并按10∶1的比例制作缩比磁体模型，对磁体模型的磁场进行实验室测量。测量结果表明，采用基于双绕组、单磁芯的两轴磁体可有效模拟舰船磁场的多方向特征。     

正则化技术在舰船磁场建模逆问题中的应用

舰船钢材磁化历史的未知性决定着其磁场建模通常只能采用逆问题的计算思路,而逆问题模型的病态性给其求解带来了较大困难。针对上述难题,从舰船磁场建模逆问题的特点出发,分析了影响准确求解舰船磁场建模逆问题的因素。为减小舰船磁场逆问题病态性对建模结果的影响,采用截断奇异值分解方法和Tikhonov正则化方法进行求解。舰船磁场深度推算仿真算例表明,正则化方法可有效提高舰船磁场建模逆问题的计算精度和稳定性。     

基于遗传算法的水面目标识别

目前,新式扫雷具能够精确地模拟舰船磁场信号,使得当前水雷仅依靠磁场时间波形信息,进行识别的难度加大。由于舰船磁场和扫雷具磁场的产生方式有很大区别,可以利用两者的差异,选取各方向磁矩作为特征量,建立相应的目标识别模型,提出一种新的抗扫方法。最后,采用遗传算法作为识别算法,对舰船和扫雷具信号进行识别,得到了满意的结果。     

液体声发射传感器波动特性理论研究

利用流体波动方程和声波导理论，对一种新型液体声发射传感器的声波传播规律进行了理论研究，给出了声发射波的波导特性理论方程，讨论了波动特性的影响因素，为进一步利用和研究此类传感器提供了理论依据。