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。     

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...     

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...     

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。     

基于传播模的被动测距

这种以传播为基础的被动测距方法利用的是水平(拖曳)阵而不是常规的垂直阵,并且不需要传播模的先验知识。虽然基于模的计算仍然需要,但出人意外的是不需要明显地知道声速剖面、海洋深度和海底参数,因为足够求解声源距离的信息可从测量数据本身导出。     

参量阵在水声中的几则应用──第108届美国声学会议中的五篇特邀报告摘要

JJ1参量声源在高分辨率体积、海底、海底地层剖面仪中的应用 (美国海军水下系统中心 WilliamKonrad, Lynn F. Carlton) 参量声源对描绘和测量体积散射体的适用性已在几个海洋站位用垂直剖面仪得到证实。在浅海与深海,利用底层剖面仪已显示出参量声源能够达到高分辨率的能力,并且能在一定程度上进行海底穿透测量。对于能够穿透海底深度为1000米量级的声源做了讨论,叙述了这一声呐所需要的尺寸和功率。 JJ2高分辨率低频参量阵的地震剖面仪 (德克萨斯大学,应用研究室, Muir T.G, Wyder R.J.) 将非线性声学应用于地震剖面、勘探以及沉积层…     

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。     

SS—1智能型声速深度仪

一、引言 海洋中的声速深度分布直接关系到声波在海中的传播,因而影响水声设备的使用。对于海军反潜作战来说,声速的深度分布是很重要的参数之一。在海洋开发中,当涉及到水下定位时,也必须考虑因声速梯度引起的声线弯曲。总之,海洋中的声速分布是反映海水介质特性的一个重要参数,人们都很重视对它的测量。早期海水声速通过测量海水温度、盐度和深度来计算。为此,人们给出了一系列海水中声速的计算公式。[1][2]到了五十年代出现了利用“声环鸣”方法现场测量声速的设备[3]。人们就广泛使用声速仪来现场直接测量声速。到目前为止,“声环鸣”方…     

海底声学特性水平变化引起的异常声传播

1引言 声波在海面、水体及海底形成的浅海波导中传播时,水体的声速剖面和海底的声学特性是影响其传播特性的两个重要因素.水体中的海洋内波活动通常会导致声传播异常,Zhou通过在水体中引入孤立子内波解释了夏季浅海实验中出现的不同频率下的声异常衰减现象[1],指出孤立子内波与声场的相互作用,尤其是共振效应引起的简正波模态间的耦合是夏季的低频声传播损失加大的一个主要原因.Li研究了较高频率条件下(＞2kHz)由于海底粗糙度引起的声传播损失异常问题[2].一般地,大幅度的孤立子内波一般出现在很强的温跃层条件下,而文献[2]中的实验异常现象只是出现在高频且接收器和声源都同时位于温跃层之上的情况下.Ellis在一次实验中发现声波遇到较硬的石灰岩海底时在低频段会有很大衰减[3].     

浅海风成海洋环境噪声场宽带垂直相干特性研究

本文对浅海风成海洋环境噪声场两接收点宽带垂直相干特性作以研究.首先给出了宽带垂直相干的简正模式展开形式,然后讨论了宽带垂直相干与海底各参数、海面噪声源深度、海水声速剖面、两接收器的深度和间距等因素之间的关系.计算结果发现,海底各参数和海面噪声源深度对宽带垂直相干的影响以不同的方式体现,这为宽带垂直相干进一步应用于海面环境的监测以及海底多参数的反演奠定了基础.     

不同浅海环境下点声源海底地震波特征研究

航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标。将舰船地震波简化为液固多层半无限空间低频点声源引起的地震波动问题,基于波数积分方法,通过FFP数值积分得到了海底表面声压、位移和加速度的频率特性曲线,分析了不同浅海环境对点声源海底地震波的波动特征的影响。结果表明：软质海底竖直方向加速度具有明显的低频通过特征,点声源海底地震波频域特征具有方向性;接收横距、岩土层吸收衰减系数和软硬程度、水深、沉积层厚度等均对点声源海底地震波的波动特征具有影响。     

倾斜海底反射时声线水平偏转问题研究

三维浅海环境下,声线在倾斜海底反射时,会在水平方向上发生偏转。在远距离传播问题中,由于累积效应,接收声线的方位角与发射声线产生较大的偏差。若忽略不计,将会给声源定向等工作带来较大的误差。因此,研究声线在倾斜海底反射时的水平偏转问题,并总结其规律具有重要意义。采用射线声学的方法系统地研究了不同参数情况下倾斜海底声线水平偏转的问题,得到了在海底变化较缓时的近似公式,并进行了数值仿真分析。结果表明,声线的水平偏转的大小和方向由海底深度梯度和入射声线方位角与掠射角共同决定。     

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。     

浅海起伏海底环境下的声传播

起伏海底对浅海声传播有着极大影响。文章利用一次东海夏季水文数据,结合蒙特卡洛方法统计分析了浅海长距离起伏海底环境下的声场特性,并利用射线模型分析了海底起伏对声场不确定性影响的机理。结果表明,高频声波对海底起伏的变化更为敏感,传播损失的概率分布更为分散。负跃层环境下,当声源位于跃层下方时,起伏海底对位于跃层下方接收点的声传播影响更为明显。等温层环境下,起伏海底对声传播的影响相比于跃层环境影响更小。起伏海底的倾斜度越大,声传播损失越大。对于相同倾斜度的起伏海底,相对起伏的大小,即起伏海底高度与海深的比值,比起伏周期的变化对声传播的影响更大。     

以简正波解为初始场的抛物方程算法应用于深海声传播预报

在深海中,环境参数不仅在深度上起伏变化,在水平方向上也会因内波、涡旋、锋面、洋流等现象而发生变化。对于深海声传播的预报,仍是一个值得进一步探讨的问题。简正波方法具有物理意义明确、但仅适用于水平方向环境参数不变的波导的特点,而抛物方程方法能够便捷地处理与深度、距离有关的声速、地形等环境,但其解缺乏清晰的物理意义。采用简正波解为抛物方程法的初始场,利用Ram随距离逐步递推的数值方法计算整个海域的声能量,计算存在涡旋等复杂海洋环境下的声传播特点。结果表明,该方法不仅可以计算各种环境条件下的各阶简正波的传播特点以及能量变化,而且便于深入地分析深海环境中各阶简正波的耦合特点与能量变化,计算效率大大提高且具有很高的准确性。可以作为浅海和深海中高、低频传播的通用模型。     

“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。     

浅海信道有效声速估计及其在水声定位中的应用

提出了基于本征声线视在搜索的浅海信道有效声速估计方法。在给定海面海底及垂直声速分布条件下,该方法能快速准确地估计浅海信道中任意两点的有效声速以及有效声速空间分布物理图像。因该方法采用本征声线视在搜索思想,计算量大为减小,易于实际工程应用。随后探讨了其在长基线水声定位解算中的应用。海试与应用结果表明,该方法可以提高长基线定位系统对浅海信道复杂水文的适应能力。     

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。     

随机浅海声传播简正波起伏

随机浅海环境中声传播起伏的研究,对于随机海洋环境声场预报及海洋环境参数反演和遥测都有十分重要的意义。文中对随机浅海中声传播的简正波起伏进行了研究,利用L.B.Dozier统计耦合模式方程,通过MonteCarlo数值模拟分析声速场随机变化所产生的声场起伏规律。随机声速场模型由海上温度链测量数据统计规律分析得到。结果表明,声速场随机起伏所导致的简正波幅度起伏远高于声压的起伏;当声源处在某一阶简正波的敏感深度位置时,该阶简正波的闪烁系数会比简正波幅度起伏方差高2～3个量级;在所分析随机声速场模型下,声压起伏方差、简正波幅度起伏方差及简正波闪烁系数随距离的增加基本上是线性增大。