浅海表面声道中的传播损失

浅海声传播问题,由于边界的多次反射,使声场的空间结构复杂化。为此采用了空间平滑化的方法计算平均声场,使问题大大简化。同时为了使问题进一步简化,在计算浅海声场时常假设海表面为平坦表面,反射系数的模为1。然而在实际情况下海表面不是平面,海面波浪的起伏大小直接影响海面的反射系数,不能简单地当作1,特别是在浅海表面声道情况下,海面波浪是影响声场的一个十分重要的因素。本文同时考虑了海面和海底的影响,利用平滑平均声场的计速公式[1]对浅海表面声道情况进行数值模拟计算,　与实验结果进行了对照,得到了一些有意义的结论。 实验是在…     

典型浅海声场环境中的简正波估计

海洋环境的复杂性和多变性严重影响了水下信号处理系统的性能。若能在信号处理之前辨识出海洋环境参数,并将其融入信号处理框架中,则有希望提高信号处理器的性能,得到更好的滤波、检测、定位和跟踪效果。将海洋环境建模为高斯-马尔可夫模型,利用声速梯度数据和由Kraken模型得到的声压场数据,结合扩展的卡尔曼滤波器算法,实现了对简正波的估计。利用该模基处理方法,可以辨识出简正波的模函数和水平波数,并能估计出基阵所在位置的声压场。在两种典型浅海声场环境下进行的计算机仿真证明了算法的有效性。     

三维浅海简正波混响模型

推导了浅海简正波混响模型,模型计算了从声源到浅海水底散射域声波能量的传播及其反射过程。在散射域,考虑了复本征值,有效的简正波对入射波和混响强度的影响。并且将简正波分解为上行波和下行波,利用下行波和Lambert散射定律,计算海底散射后接收的混响强度,其结果与收发同置的水听器接收数据一致。所得出的混响强度模型,物理意义清楚,形式简单,具有较强的普遍适用性。     

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。     

基于简正波的浅海混响序列仿真

提出了一种基于简正波的混响时间序列仿真方法推导出了模型的理论公式,给出了其实现方法和仿真结果基于运动声源和接收器的简正波声场和混响点散射模型,并就仿真结果进行了混响时间序列幅度瞬时值、包络值的概率分布密度以及时间相关性等统计检验。和理论结果对比表明了该仿真模型的有效性,可用于浅海低频混响序列的仿真。     

波束位移射线简正波理论在双轴海洋声道中的应用

由于表面声道与深海声道间的耦合效应,声波在双轴海洋声道中的传播比较复杂,因此求解双轴海洋声道中的声场就比较困难。文章将浅海声传播的波束位移射线简正波（BDRM）理论应用于计算双轴海洋声道中的声场,进行了数值模拟并与传统简正波方法进行比较,结果表明应用BDRM理论计算的传播损失具有很高的精度和速度,可以对双轴海洋声道内声传播问题进行分析和预报。     

浅海混响实验数据垂直指向性简正波建模分析

混响是限制主动声纳性能的主要因素之一。人们利用接收阵的指向性来提高信号／混响比。垂直指向性可用于抑制边界混响。本文利用浅海简正波混响模型进行建模分析,通过仿真计算,研究了海底类型、海深、声速梯度对海底混响的影响。仿真结果表明：海底类型对混响影响最为严重;利用实测的平均声速建模的Pekeris信道的预测海底混响与利用实测SSP的预测海底混响相差很小;海深越深,海底混响越小,海深对海底混响的影响介于上述两种因素之间。在仿真分析的基础上,论文主要进行了浅海混响实验数据垂直指向性的建模分析。对东中国海60元垂直阵采集的混响数据进行了波束形成,并对单个水听器和部分波束的混响曲线与浅海混响模型预测数据进行了比较。经初步分析表明,实验数据与模型吻合得较好。     

浅海传播数据简正模模型分析

声在海洋中的传播是认识所有其他水声现象的基础,因此,声传播的测量和建模是海洋声学研究中的一项基本任务,本文对浅海传播实验数据进行了初步分析;用简正模模型解释了测量的脉冲响应时间稳定性差的原因,同时还对信道系统函数的垂直空间相关性进行了估计与测量,结果表明两者的一致性比较好;另外还比较了模基匹配滤波与常规匹配滤波和基于测量的脉冲响应函数的匹配滤波三种匹配滤波的性能。虽然模基匹配滤波结果不如基于测量的脉冲响应的匹配滤波,却优于常规匹配滤波,这说明对浅海声信道建模是可行且有效的。     

海洋锋面模型及其简正波耦合

根据中国海域锋面调查结果,建立适于数值计算分析的海洋锋面模型.给出距离相关海洋环境声传播简正波耦合矩阵计算方法,就所给海洋锋面模型进行了数值计算和分析.     

基于简正波分析的海底参数反演

由于不同简正波存在的群速度差异,可以从到达时间结构上将它们分离开,提取相应的简正波参数.本文主要是对2002年1月黄海北部海域声传播实验数据进行处理,利用接收到的爆炸声传播信号,分析低阶简正波的频散关系,并根据其反演得到海底声速,结果同以前利用声传播损失的参数反演结果吻合.     

浅海低频声场的水平纵向相关性

基于一次浅海声学实验数据,研究了浅海低频声场的水平纵向相关特性。利用简正波干涉理论,对实验结果中声场水平纵向相关的振荡结构与强烈起伏现象进行了分析与解释。声场水平纵向相关的振荡结构是由简正波干涉所致,该实验结果进一步验证了该现象在浅海低频条件下的普遍性。当实验中采用的爆炸声源的标称深度位于声场中某号有效简正波的一个波节附近,声源实际爆炸深度的较小变化引起该号与其它号有效简正波幅度比值的较大变化,从而在有效简正波号数较少的情况下引起了声场水平纵向相关的强烈起伏现象,该现象表明在一定条件下声源深度是浅海低频声场水平纵向相关的一个敏感参数。     

浅海中低频水声信道仿真研究

在中低频段（通常为数百至数千赫兹频率范围）,传播损失、时空相关性以及时空平稳性等水声信道特性是主、被动目标探测和远程通讯技术研究的重点。为了模拟信道的时空去相关特性,应用KrakenC传播模型得到理想信道传递函数H（r,ω）,并在此基础上,提出了新的基于信道时延的相位加扰方法。通过数值仿真,该方法可以很好地在统计特性上模拟海试LoFAR’08中的实际浅海信道测量数据。测量数据由拖曳式电火花声源（有效带宽为300Hz~2.5kHz）激励浅水信道得到。     

三维耦合简正波-抛物方程理论

引言 海洋中存在着非常复杂的海底地形、底质变化、以及声速剖面的三维变化.这些环境变化会对声传播产生强烈的影响,人们因此不得不考虑三维海洋环境中声场计算的问题.Abawi等[1]将耦合简正波理论和抛物方程方法结合起来,提出了耦合简正波-抛物方程(CMPE)理论.CMPE理论在垂直方向采用本地简正波分析,在水平与方位角方向采用抛物方程方法求解简正波幅度方程,可以充分发挥抛物方程法水平方向计算速度快的优点,并克服抛物方程在频率增高和海深增加时计算速度急剧下降的缺点.彭朝晖等[2]在此基础上,结合我国学者提出的广义相积分(WKBZ)理论[3]和波束位移射线简正波(BDRM)理论[4],提出了一个快速预报声在水平变化海洋环境中传播的数值方法.本文在文献[2]工作的基础上,将二维问题推广至三维(CMPE3D).     

简正波-射线混合风关海洋环境噪声模型

1引言 海洋环境噪声是主被动声纳的主要干扰背景.风关噪声是从几百赫到20千赫的声纳重要使用频段的主要环境噪声源,快速并且准确的预报模型是近年来的重要课题.自从Cron和Sherman[2]首先提出的深海模型以来,已发表了大量的研究结果[3-13].近年来的主要工作集中在更为复杂的浅海方面,目前真正实用的是首先由Kuperman和Ingenito提出的波动模型[6,7,9,10,12],以及由Harrison提出的射线模型[11].从传播角度来看,波动模型是一个很完善的模型,但是对近场噪声源必须进行非常耗费机时的连续谱计算,因此准确但慢速.射线模型是快速模型,但对远场噪声源必须作过多的近似,致使不很准确.     

一种快速求解宽频简正波的方法

针对宽带信号的简正波解,传统的求解简正波数值方法常常需要重复计算本征值方程,计算效率低。文中将频率的变化当作扰动,提出利用微扰理论得到参考频率附近的简正波解。该方法具有直接、精确、高效的特点,计算得到的水平波数和本征函数与KRAKENC程序计算结果吻合较好,两种方法计算得到的脉冲波形最大相关系数大于0.97。     

在具有粗糙界面的表面声道中的声传播

本文研究了具有粗糙界面的表面声道中的声传播.用广义相积分近似计算了由于泄漏和表面粗糙引起的复本征值.对双线性声速剖面计算了传播损失随距离的变化关系并与实验数据进行了比较.     

声源与接收器运动的脉冲简正波传播

如图1所示的运动声源和接收器,在零时刻接收器位置(r=0,z=zs),声源位置(r=r0,z=zr).假定它们作匀速直线运动,并且在运动过程中保持深度不变.