浅海沉积层中界面波的传播以及掩埋目标的回波

根据地声界面波的相关理论,采用时域有限差分法建立浅海沉积层中界面波传播模型。以沉积层中掩埋小目标为例,计算界面波对空腔掩埋物和实心掩埋物的不同作用结果。根据运动方程和应力应变关系采用中心差分网格建立声场的有限差分模型,计算了声场瞬态情况和质点振动的时间序列结果,从不同角度比较分析了地声界面波对掩埋目标的作用。根据浅海沉积层的性质计算了界面波的传播损失和对掩埋物体的目标强度,由于界面波传播衰减主要由沉积层的能量耗散引起,其规律接近横波的传播衰减,在高频情况下界面波在沉积层中传播的距离不远。文章试图建立一种对浅海沉积层中掩埋小尺度目标的探测新方法。通过一些典型模型的分析,从理论角度证明地声界面波对目标探测的可行性。     

几种沉积层参数对声线到达结构的影响

本文基于Bellhop声线模型研究了沉积层密度、声速、传播损失系数等几种主要参数对声线到达结构的影响。采用反射系数描述声线与沉积层的相互作用,仿真研究了声线到达结构随沉积层参数变化的关系。结果表明：在水中的声速剖面先验已知的条件下,几种主要沉积层参数值在一定范围内改变时,对声线到达结构的影响较小。     

倾斜弹性分层海底声场分布仿真研究

利用弹性抛物方程理论中的单向散射近似法处理倾斜弹性体-弹性体的边界条件,建立了不同地形条件下具有弹性分层海底的海洋环境中声场计算的新方法;经仿真分析等深度均匀海水层覆盖下具有倾斜弹性体-弹性体边界的弹性分层海洋环境中低频声场的空间分布结构,表明当弹性沉积层中纵波波速不大于1.5倍水中声速时,声压传播损失完全由海水介质参数和海底底质决定,与沉积层下界面地形关系不大,且弹性界面处有明显的界面波(Stoneley波)存在,即弹性体-弹性体界面的地形变化,基本不影响海水中的声场分布。与能量守恒方法相比较,仿真验证了文中计算方法的准确性。     

合成孔径声呐分裂阵相位相干测高方法

利用合成孔径声呐可以获得高分辨力地貌或目标成像，在合成孔径基础上进一步采用分裂阵相位相干测高方法可以获得地貌或目标的三维成像。分析论证合成孔径中分裂阵相位相干测高的原理，在影响测高误差的诸多参数中着重针对相位差测量的因素进行了分析，并进行了仿真研究。仿真研究结果表明：利用小尺度合成孔径声呐进行三维成像的测高精度可达到目标水平距离的1％。     

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.     

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。     

双摄像机靶标成像视觉坐标测量方法研究

提出了一种利用手持式靶标实现双目视觉三维坐标测量的新方法,以靶标作为成像目标,利用靶标与被测面接触,通过分析靶标上已知特征点的成像变化,实现与靶标接触点的三维坐标测量,这一测量新方法,可以实现视觉系统外部参数测量中的自标定,并能实现遮挡点的测量,研究中利用空间透视变换建立了这一方法的非线性测量模型,介绍了基于Newton非线性迭代的测量方程的求解方法,以矩阵分析理论为基础,讨论了影响测量方程求解的因素,并提出了方法中重要部件手握式靶标上特征点分布的基本约束条件,通过数值计算分析了图像处理误差、有效焦距和基线标定误差对测量方法的影响,实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。     

浅海声速剖面对吊放声纳探测距离的影响

吊放声纳的作用距离不仅和自身设备性能有关,还和海洋水声环境特性及吊放声纳入水深度有着密切的关系.本文阐述了浅海不同声速剖面中的声传播特性,通过仿真声线轨迹分析了几种典型的浅海声速剖面对声传播的影响.通过对声纳、水声环境以及目标的模型化计算,利用射线模型仿真了几种不同声速剖面情况下吊放声纳的主动作用距离.分析了吊放声纳入...     

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。     

分形维数在判断海洋锋强度中的应用

提出一种用计算维数值预报海洋锋强度的方法。给出了用分形维数描述海洋锋强度的理论依据,介绍了分形维数的计算方法及现有的海洋锋强度的判断方法。应用网格法,以HOOM海洋锋模型和我国东海黑潮锋区的三维声速场数据为例,计算了三维声速场中不同深度、时间的声速等值线的分形维数,得出HOOM模型海洋锋声速场分维值在1.07和1.60之间,我国东海黑潮锋区分维值在1.04和1.30之间,无锋时声速等值线分维接近于1;分形维数可以表征海洋锋强度,维数值随锋强度的变化而变化的结论。     

掩埋物体的小掠角散射声场与回波信混比

探测掩埋物体的水声系统,通常是在一定距离之外以小掠角声波扫描海底的方式工作,现有的射线声学模型已不能进行系统性能预报。采用波数积分模型和等效源建模方法,将声波在介质中的传播和掩埋物体的散射场计算融为一体,可以高精度地进行各种形状物体、不同声波束和任意掩埋状态下的三维散射场计算。利用开发的声场模型,计算出了典型球壳的等效目标强度和信号混响比随频率、掠射角及掩埋深度的关系曲线。在此基础上,提出一种基于时反聚焦发射、水下移动平台接收的双基地探测设想,并采用开发的声场模型验证了其正确性。     

基于矢量水听器的南海海洋背景噪声测试

矢量声压振速联合处理建立在信号的声压和振速相位基础上,海洋环境边界影响将改变矢量声场声压振速的幅度和相位特性．首先根据南海环境条件结合水下目标辐射噪声测量,采用声场矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声和水下点声源矢量强度随深度的变化,然后设计了可用于深海海域噪声测量的矢量水听器测试系统,获取了南海海域典型深度上的背景噪声矢量强度并进行了特性分析．结果表明：深海背景噪声谱级在500Hz以下基本上不随深度变化,在500Hz～3kHz频段浅深度背景噪声谱级略高于较深深度的背景噪声;振速垂直分量的背景噪声要小于声压和振速水平分量的噪声谱级．     

Computed tomography sound velocity reconstruction using incomplete data

An approach based on limited-angle transmission tomography for reconstruction of the sound velocity distribution in the breast is proposed. The imaging setup is similar to that of x-ray mammography. With this setup, the time-of-flight data are acquired by a linear array positioned at the top of the compressed breast that both transmits and receives, and a metal plate is placed at the bottom as a reflector. The setup allows acoustic data acquisition for simultaneous B-mode image formation and the tomographic sound velocity reconstruction. In order to improve the sound velocity estimation accuracy, a new reconstruction algorithm based on a convex programming formulation has been developed. Extensive simulations for both imaging and time-of-flight data based on a 5-MHz linear array were performed on tissues with different geometries and acoustic parameters. Results show that the sound velocity error was generally 1-3 m/s, with a maximum of 5.8 m/s. The radii of the objects under investigation varied from 2 to 6 mm, and all of them were detected successfully. Thus, the proposed approach has been shown to be both feasible and accurate. The approach can be used to complement conventional B-mode imaging to further enhance the detection of breast cancer.     

Modeling law of a meandering channel

Abstract

The sedimentary processes in river curves are difficult to reproduce in a model because of the distinctly 3‐D nature of the flow pattern. It is virtually impossible to build a model that can satisfy all criteria associated with the scaling of a 3‐D flow. Most sediment‐transport related models in use today are “1‐D model”, for which established scaling techniques are available. These models are built to provide similarity of the cross‐sectional average velocity and resistance coefficient; and they are “straight‐channel model”. This study shows how a set of 1‐D scaling criteria which can be expanded to allow for modeling of secondary currents and lateral variations in depth in river curves. This expansion is based upon theories which relate the strength of the centrifugally induced secondary velocity component to flow depth, channel planform curvature, and depth averaged mean velocity.     

用声学三参数判别海底沉积物性质

通过用声速-波形-振幅三参数识别技术获得海底沉积物的声速和频谱分析结果,根据声速、波形、振幅认识海底沉积物物理状态和结构特征,结合沉积层的其他地质信息,综合来判别海底沉积物性质。实验结果表明:利用声速高低、波形包络、振幅形状大小与沉积物结构、微结构、层理、颗粒成分、矿物组成、物理力学参数之间的关系,可以判别实验海区浅表层海底沉积物基本性质和划分海底沉积物钻孔岩心中古海水进退事件痕迹的埋藏深度。为声遥感遥测海底沉积物的实践作出尝试和贡献。     

黄岛LPG地下储库开挖爆破的振动效应研究

结合实测地表爆破振动速度数据,基于量纲分析理论,提出了考虑爆源埋深的爆破振动速度公式,对黄岛LPG地下储库开挖爆破的振动效应进行了研究。研究表明:对于地下储库开挖爆破,考虑爆源埋深的爆破振动速度公式比萨道夫斯基公式的预测精度更高,但当爆源埋深与爆心距的比值≥0.85时,可以使用萨道夫斯基公式来预测爆破振动速度;垂直向振动速度峰值较大,施工过程中应重点监测;爆破振动速度随爆源埋深的增加呈衰减趋势,不存在爆破振动速度的放大效应。研究结果可为后续的类似研究提供一定的参考。     

InSAS干涉测深系统误差分析

对由海水折射引起的InSAS干涉测深误差进行了分析。在分析InSAS测深原理的基础上,采用射线声学理论分析了两种典型的中国海浅海声速剖面条件下,距离深度比对测深精度的影响。结果表明,对于典型的中国海浅海声速剖面,在水深为40m的情况下,当距离深度比达到5～10倍时,InSAS干涉测深系统将带来5～20m的深度测量误差和1～3m的水平距离误差。因此,为提高InSAS干涉测深系统精度,必须要进行声速补偿。     

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。     

Comparison of passive ranging integral imaging and active imaging digital holography for three-dimensional object recognition

We present an overview of three-dimensional (3D) object recognition techniques that use active sensing by interferometric imaging (digital holography) and passive sensing by integral imaging. We describe how each technique can be used to retrieve the depth information of a 3D scene and how this information can then be used for 3D object recognition. We explore various algorithms for 3D recognition such as nonlinear correlation and target distortion tolerance. We also provide a comparison of the advantages and disadvantages of the two techniques.