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。     

海面波浪起伏对声传播的影响

位于南海某海域同一传播路径上,在2004年和2005年分别进行的两次声传播实验,两次实验中的设备、过程和方法都相同,水文变化也不大,但实验得到的传播损失相差却很大。通过对实验数据的分析表明,两次实验的传播损失差异是由于海面波浪起伏引起的。利用第一次实验数据,考虑海面波浪起伏后反演得到的海底吸收系数可以较好地解释另一次的声传播损失。因此,可以以为浅海海面波浪起伏对声传播的影响很大,在进行水下声传播规律的研究或地声参数反演研究时,应当充分考虑海面波浪起伏的影响。     

基于Argo资料的深海温跃层对水声传播的影响分析与仿真

利用Argo网格化数据分析日本以南小范围海区内的温跃层时空特征,其主跃层和季节性跃层的双跃层结构明显。依此利用UMPE(University of Miami Parabolic Equation)抛物方程模型分析与仿真深海温跃层及其季节变化对水声场的影响。分析发现:相似系数为1的两个声速剖面的传播损失几乎完全相同;夏季声源较浅时,会在以声源为中心小直径圆形区域内形成声影区;声源深度相对于跃层越大,跃层对水声场的影响越小;高频较低频受跃层影响更大。     

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     

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。     

浅海相干声场的单参数海底模型建构

海底反射性质在浅海声传播中起着决定性的影响。利用海底反射损失对掠射角的斜率可作为单个参数F dB来描述海底这一前提,对平面波入射液态半无限空间的情况进行推导,提出一种基于简单近似表示反射相位角关系的算法。将单参数F dB以及反射相变作为计算模型的边界条件输入参数,对浅海相干声场进行计算,将适用范围推广到复杂声速和水平变化情况。通过对三种类型海底进行仿真,比较基本参数海底模型及单参数海底模型计算所得传播损失曲线,验证了所提包含反射相变关系的单参数模型的有效性。     

由矢量水听器阵列反演浅海地声参数

基于矢量水听器能够比传统的声压水听器提供更多的声场信息,文章提供了一种利用矢量水听器阵列（AVS）进行浅海地声参数反演的方法。首先,对声场矢量的传播规律进行了研究;其次,利用矢量匹配场（MFP）方法进行了海底声速的反演：最后利用声压和质点垂直振速的传播损失差反演了海底吸收。基于矢量水听器的海底参数反演方法主要具有下述优点：一是利用矢量匹配场反演海底声速能够有效减小参数估计误差：二是利用声场矢量传播损失差进行海底吸收反演能够排除信号源级起伏对反演的干扰。实验结果表明,基于矢量水听器阵列的海底参数反演能够很好的进行声场传播预报工作。     

柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法

直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。     

黄海声传播和混响的异常衰减

Ｗｅｓｔｏｎ等早在６０年代就观察到浅海（英国ＢｒｉｓｔｏｌＣｈａｎｎｅｌ）声传播常会在某一有限频率范围内出现异常大的衰减，异常衰减的中心频率和衰减值随季节和昼夜时间而变化。Ｗｅｓｔｏｎ认为这种浅海声传播异常衰减是由鱼的鱼鳔共振所引起的。周纪浔等在我国黄海夏季强负跃层的爆炸声实验中，也曾观察到声传播有时会在某一频率范围内出现异常大的衰减（当声源和接收器都位于跃层下方时）。并发现传播异常衰减与传播方向有关。周纪浔等提出了一种新的假设，由理论计算结果证明可以用内波孤立波波包对声波的共振散射机理来解释这…     

利用声场的水平纵向相关性反演海底参数

1引言 浅海环境中,海底底质的声学特性对浅海声场有决定性影响,进一步影响着海洋声遥感及声纳的作用距离.由于海底参数很难大面积直接测量,而利用声学反演的方法可以大范围的估计海底参数,有海底取样测量无法比拟的优点.近年来,有关海底参数的声学反演方法的探索和研究已成为国内外水声学家研究的热点问题.有多种反演方法相应被提出并应用于某些特定海区,如:匹配场反演、近场脉冲声反演、传播损失反演、简正波过滤技术反演及声场垂直相关性反演等等.但是,基于水平纵向相关来反演海底参数的方法还未见有报道.分析其中的原因,可能是由于在通常海域声场的纵向相关半径远大于实验中用到的水平阵长度.考虑到声场声信息国家重点实验室在2002年8月的一次浅海实验中的海深只有4.5m,而布放于海底的光纤水听器阵列长达100m,水平阵阵长大于20倍的海深.我们在研究其水平相关性时发现:不同频率下的水平纵向相关随水平间距变化呈现出特定的振荡现象,这种振荡现象与海底的声学特性密切相关.基于以上考虑,本文试图通过声场的水平纵向相关性来反演海底参数并给出了初步的研究结果.结果表明该方法有一定的可行性.     

“海底山”地形的水下声传播分析

在声传播测量中,在测线上水深的较大变化,使声传播损失发生显著的变化。海底山和海底凹陷地形对声波的传播有较大影响,使声传播损失出现变大和变小的情况,甚至产生较大的声影区效应,对水声装备的研制和使用有重大影响。对一种特殊海底山地形下的声传播问题进行分析,并结合实验数据对比有无海底山情况下的声传播损失,期望对海洋环境测量和水下武器装备的研制及应用有所启发。     

海水吸收对远距离水下声场计算的影响

低频声波在海水中短距离传播时,海水吸收对声场的影响几乎可以忽略.但是在实际传播中,传播距离可能达到数百甚至数千千米,此时海水吸收会对声场带来较大影响.在这种情况下,如果选用的水下声场计算程序忽略海水吸收,则远距离的声场计算结果会存在明显误差.分别比较了全反射理想波导和深海Munk声速剖面环境下几种常用声场计算模型的结果...     

Ultrasonic wave transmission in periodically undulated plates

This study focuses on quantifying the change in phase speed of waves transmitting through periodically undulated plates under pass band interaction. A perturbation technique is used to analyze the transmission of horizontally polarized guided waves in elastic plates with sinusoidal periodicity at their outerfaces. Phase speed of transmitting modes is presented as a function of various parameters, including outerface wavenumber, undulation amplitude, degree of undulations symmetry about the periodically undulated plate midplane, plate average thickness, and frequency of propagation.     

海洋涡旋地震成像的时域有限差分仿真

传统的水声建模方法只考虑水中声波的折射影响,忽略了水层间的声反射,因此不能对反射波地震勘探的海水分层结构成像结果进行分析。文章首先建立了基于时域有限差分的低频宽带脉冲信号传输预报模型,该模型考虑海水分层结构的声反射影响,通过数值求解波动方程计算低频宽带脉冲信号近距离传播过程中的时域波形;其次将某次海上多道地震测量的水文条件作为输入环境参数,计算了近海面地震勘探接收阵所接收的气枪低频脉冲信号时域波形;最后按照反射波地震勘探处理流程,对接收阵信号在共反射点进行相干累加和地震成像,所得到的海水分层结构成像结果与海上多道测量成像结果符合较好。仿真结果验证了水层声反射对海水分层结构反射波地震成像的影响。     

薄膜型声学超材料的管道消声特性研究

针对管道低频流噪声难于有效控制的弊端,设计了一种薄膜型声学超材料及其性能测试装置,根据声波传递理论计算了管道内薄膜在声压作用下的振动特性。利用COMSOL软件的声固耦合模块研究了薄膜的消声特性,并进行了对比试验。结果表明:薄膜在低频范围内有较好的消声性能,薄膜的共振频率即为其消声工作频率;薄膜的振幅越大,传递损失值越高,最高达54 dB;薄膜参数的变化对超材料的消声性能有调节作用,通过改变施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,分别实现了传递损失峰值频率偏移120 Hz与110 Hz;通过改变附着质量块大小,实现了100 Hz及以下超低频消声。相关研究为主动声学超材料以及紧凑型管道消声器的设计提供了依据。     

一种可稳定计算负跃层浅海环境下声场的波数积分方法

提出了一种可以稳定计算负跃层浅海环境中声场的波数积分方法,通过对艾里(Airy)函数的归一化,得到了声源位于水体不同层中的系数矩阵,该系数矩阵是无条件稳定的。结合仿真实例,将该方法的计算结果与Airy函数未作归一化得到的计算结果进行比较,结果显示,当Airy函数未作归一化时,在某些情况下不能保证深度格林函数的足够收敛性,而该方法可以很好地解决该问题。同时将该方法的计算结果与简正波模型KRAKENC的计算结果进行对比,结果表明,文中提出的数值计算模型可以作为负跃层浅海环境中声场计算的有效补充。     

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。