应用表面噪声矢量场空间相关特性反演海底参数

为了实现对海底快速而准确的遥测,提出一种根据表面噪声矢量场空间相关函数进行海底参数反演的方法.与传统的基于声传播模型的匹配场反演方法相比,所提方法可利用的信息更加丰富,而且水下系统配置简单,无需声源,隐蔽性好,具有一定的军事应用前景.参数优化过程中,采用一种基于差分进化算法和粒子群算法的两级混合优化算法.通过反演结果与仿真真值的比较可以看出,混合优化算法得到了较满意的反演结果,特别是同时考虑不同的声压和质点振速组合方式时,而且与单一的优化算法相比,估计精度总体上得到了显著提高.     

海洋环境噪声的一般模型及声压空间相关系数

1引言海洋环境噪声是声纳设备的重要干扰之一,它的存在降低了声纳的检测能力。水听器阵信噪比增益一直是水声学研究的重要问题,而阵增益与噪声的相关特性密切联系,因此,研究噪声的时空相关特     

楔形海域声矢量场分析

海洋环境中的声传播是水声学研究领域的一个经典问题.在传统的研究中,关心的主要是声压场.随着矢量水听器的出现,不仅是声压场,介质质点振速场也受到极大关注.应用虚源法分析了ASA基准楔形模型中谐和点源的三维质点振速场.基于Deane和Buckingham给出的声场声压表达式,文中推导了三维质点振速的积分公式,并应用数值积分的方法计算了声场声压与质点振速,分析了它们的传播损失和相位差以及不同方向声强的衰减过程.结果表明,即使在远距离上,声压与质点振速的相位差并不为零.     

两个宽带噪声矢量场模型的空间相关特性

针对宽带噪声矢量场的空间相关特性问题,文章讨论了各向同性噪声模型和表面噪声模型。在高频近似条件下,根据射线声学理论和简谐平面行波满足的欧拉公式,采用时域建模方法分别建立了宽带各向同性噪声和表面噪声矢量场模型。给出了噪声场相关函数的积分表达式和竖直方向空间相关系数的解析表达式。数值分析结果表明,相较于窄带噪声矢量场,宽带噪声矢量场各分量空间相关系数振荡幅度更小,随空间两点间距的增大更快地趋近于零;噪声源指向性对表面噪声场竖直方向上的空间相关特性的影响显著。相较于已有的宽带噪声空间相关系数计算方法,文中模型无需使用傅里叶合成方法,可通过时域建模直接获得宽带噪声空间相关函数。     

层状含气泡非饱和多孔介质的声反射与声透射

为了得到声波从水入射到含气泡非饱和多孔介质层的反射和透射规律,气泡对多孔介质声学特性的影响以及层状固体介质对声波的反射和透射一直是水声领域重要的研究课题。分析了基于气泡振动修正的Biot波动方程和弹性模量,将介质层中三种透射波的平面波解代入修正后的Biot波动方程,通过分析平面波垂直入射的边界条件推导了声波的反射系数和透射系数。数值分析表明,气泡的大小、含量以及介质层的厚度是影响声波在层状多孔介质声学特性的重要因素。当入射声波频率很低时,介质层尺度相比波长而言很小,呈现很好的透声性能;声波频率很高时,波长很小,透射系数和反射系数都呈现振荡趋势;而当声波频率在气泡共振频率附近时,气泡的共振引发层状多孔介质的高衰减,使得声波很难穿透。     

中高频段下的粘弹性材料声学参数测量

为了实现粘弹性材料在高频段上的声学参数测量,提出一种自由场测量方法,通过测量目标的水下散射声场指向性,计算目标散射场声压的前几阶勒让德系数,建立以目标的材料声学参数为变量的数学模型,并运用遗传算法进行参数反演.仿真结果表明以铝球的杨氏模量(E)为例,不存在声场误差的情况下反演精度可达0.0014%,铝球散射场的实验数据也提供了较高的参数反演精度.将此方法应用于中高频段上某种成分的粘弹性材料参数测量,成功地获取了其在此频段上的声学参数.提高目标散射场的测量精度有利于目标材料反演精度的提高.此方法避免了对声压相位的测量,减少了影响精度的因素.     

利用残缺样本声速重构声速剖面

用经验正交函数(experiential orthogonal functions,EOF)表示声速剖面受限于样本声速的测量深度,应用该方法重构声速剖面只能计算到样本中最浅剖面的深度。要想进行全海深声速剖面的重构,必须对残缺的样本声速进行合理地外延。为此,首先对样本中温度和盐度进行了外延,然后根据声速经验公式计算得到了全海深的样本声速。在此基础上,通过解多元方程组的办法求解经验正交函数系数达到了声速剖面重构的目的。结果表明,提出的声速剖面外延方法是有效的。另外,只要知道声速剖面变化较剧烈深度上的3个点的声速值就能重构声速剖面,对于文中的数据来说,重构的均方根误差可达到0.872 m/s;增加经验正交函数的阶数能提高重构精度,但5阶以上,阶数的继续增加对精度的提高将不会有显著的影响。     

体积噪声矢量场空间相关特性研究的一种方法

确定噪声场的相干结构对分析矢量水听器阵信噪比增益非常重要.建立了一个三维的噪声源在球面上均匀分布的各向同性噪声模型,研究了噪声场中声压与质点振速3个正交分量的自相关和互相关特性,推导得到了窄带噪声场空间相关系数的解析表达式以及单矢量水听器接收噪声的协方差矩阵.基于三维噪声场的空间相关函数,讨论了矢量水听器线阵的某些应用及其输出信噪比增益.数值算例表明,该三维噪声场空间相关特性模型可方便地应用于任意形状的基阵在任意姿态下的信噪比输出的获取.     

水平分层介质表面噪声矢量场空间相关特性

基阵之所以提高了输出信号的信噪比,其本质在于信号的空间相关半径大于噪声的空间相关半径.为了研究噪声场的空间相干结构,假设噪声源均匀分布在海面下方一定深度的无限大平面上,根据简正波理论首先建立水平分层介质表面噪声模型.在此基础上,根据欧拉公式便可以写出复合式矢量水听器接收噪声的互谱密度函数表达式.对互谱密度函数进行积分运算,得到了均匀半均匀无限空间和硬底均匀浅海(具有压力释放海面和刚性海底)表面噪声矢量场空间相关函数的解析式.对比分析可知,对于均匀半无限空间情况,与文献中的结果是一致的;而对于硬底均匀浅海,计算机仿真表明该噪声场的空间相干结构与绝对深度及介质的吸收衰减无关,但互谱密度函数却相反.     

不平整海底环境下的浅海本征声线求解方法

在三维浅海环境中,若不考虑不平整海底反射所带来的声线水平偏转,将会给声源方位估计等工作带来较大的误差,针对这一问题,通过建立不平整海底浅海环境下射线声学模型,提出了采用“补偿扫描法”搜索本征声线,计算了本征声线的传播时间.与理论传播时间对比的结果表明所提出的本征声线求解方法是可行的.在计算时,通过采用射线方程直接解海底...