崔保河, 鄭 援

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一種自航式聲誘餌接收作用距離海上測(cè)量方法

崔保河, 鄭 援

(海軍潛艇學(xué)院 水聲中心, 山東 青島, 266044)

針對(duì)海上武器裝備試驗(yàn)鑒定過(guò)程中海試環(huán)境與指標(biāo)環(huán)境的差異, 給出了自航式聲誘餌海上試驗(yàn)實(shí)際測(cè)量過(guò)程中環(huán)境參數(shù)測(cè)量方法, 特別是利用海底反演方法反演大面積海域海底參數(shù), 并結(jié)合自航式聲誘餌特點(diǎn)給出接收作用距離折算詳細(xì)方案, 最后運(yùn)用平滑平均聲場(chǎng)模型仿真給出自航式聲誘餌接收作用距離測(cè)量實(shí)例及結(jié)果分析, 為相應(yīng)的裝備驗(yàn)收試驗(yàn)提供參考。

自航式聲誘餌; 接收作用距離; 海上試驗(yàn); 裝備驗(yàn)收

0 引言

由于自航式聲誘餌接收作用距離的設(shè)計(jì)指標(biāo)值規(guī)定了相應(yīng)的理想水文條件, 故要對(duì)自航式聲誘餌接收作用距離設(shè)計(jì)指標(biāo)值進(jìn)行海上考核驗(yàn)收, 理論上, 必須首先具備考核指標(biāo)值規(guī)定的理想水文條件。理想的水文條件通常是均勻的、各向同性的、無(wú)反射邊界的、無(wú)其他干擾的海域, 使聲傳播滿足自由場(chǎng)條件。但實(shí)際中, 任何海域都有反射邊界, 海水介質(zhì)的溫度、密度不可能完全均勻, 還有氣泡和水生物的存在, 這些都使得理想的試驗(yàn)海域無(wú)法獲得。因此, 為了科學(xué)地獲取自航式聲誘餌的考核指標(biāo)值, 除在測(cè)量時(shí)盡量選擇良好水文條件的海域作為試驗(yàn)海域, 減小測(cè)試的誤差外, 還需要對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行折算, 換算得到理想條件下的指標(biāo)值。在整個(gè)過(guò)程中, 需在試驗(yàn)海區(qū)聲傳播測(cè)量的基礎(chǔ)上對(duì)傳播模型參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)后再進(jìn)行折算。

1 測(cè)量方法及原理

1.1 海洋環(huán)境參數(shù)的測(cè)量

水文條件對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大, 選擇一個(gè)良好的試驗(yàn)場(chǎng)地對(duì)聲學(xué)測(cè)量至關(guān)重要。同樣, 在仿真計(jì)算過(guò)程中, 仿真結(jié)果對(duì)水文參數(shù)靈敏度很高,仿真前, 需對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的水文參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量。水文條件主要包括聲速梯度、海區(qū)深度、海況和海底參數(shù)等。

目前, 對(duì)聲速梯度、海區(qū)深度及海況等的測(cè)量均有完善的測(cè)量設(shè)備和系統(tǒng), 能夠較完整準(zhǔn)確地給出聲速隨深度的分布曲線及相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的海洋背景噪聲[1]。

而由于海底地質(zhì)成分豐富, 密度和聲速變化不定, 作為海洋信道的下界面, 海底的聲反射現(xiàn)象比較復(fù)雜, 海底參數(shù)的測(cè)量相對(duì)復(fù)雜, 難度較大。目前對(duì)海底參數(shù)的測(cè)量主要有現(xiàn)場(chǎng)取樣與分析、海底參數(shù)直接測(cè)量[1]及海底參數(shù)反演等。前兩種由于自身存在的缺陷, 測(cè)量精度不高。當(dāng)前普遍采用的是后者。海底參數(shù)反演是對(duì)海底總體進(jìn)行綜合的反演, 通過(guò)聲場(chǎng)的測(cè)量來(lái)對(duì)海底聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同的海底參數(shù)發(fā)展了許多不同的反演方法。如匹配場(chǎng)反演[2]、近場(chǎng)脈沖聲反演[3]、傳播損失反演[2-3]、簡(jiǎn)正波過(guò)濾技術(shù)反演[4]、負(fù)躍層淺海梳狀結(jié)構(gòu)反演, 及聲場(chǎng)垂直相關(guān)性反演等。由于垂直反射反演測(cè)量方法具有在近場(chǎng)測(cè)量時(shí)精度高、對(duì)地形條件要求較低等優(yōu)點(diǎn), 本文采用該方法作為海底參數(shù)的測(cè)量方法。

1.1.1 海底聲速、密度的測(cè)量

通過(guò)采訪和實(shí)地觀察，學(xué)生與外教交流中最突出的問(wèn)題是詞匯量不足，從而導(dǎo)致不能夠進(jìn)行完整順暢的交流。第二個(gè)較為突出的問(wèn)題是語(yǔ)速。有12名受訪者表示需要外教放慢語(yǔ)速，必要時(shí)進(jìn)行多次重復(fù)。第三個(gè)突出的問(wèn)題是中文對(duì)英語(yǔ)語(yǔ)言表達(dá)的影響。部分學(xué)生強(qiáng)調(diào)在說(shuō)話之前，要把中文轉(zhuǎn)換成英文，從而導(dǎo)致說(shuō)話不通順，經(jīng)常性停頓，有時(shí)候甚至?xí)⒅形闹弊g成英文，在這種情況下外教完全不能明白其中的含義，沒(méi)有達(dá)到交流的目的。

當(dāng)接收水聽(tīng)器距離爆炸聲源較近時(shí), 聲波經(jīng)過(guò)海底反射可以近似認(rèn)為是垂直反射。平面波海底垂直反射系數(shù)滿足

利用試驗(yàn)時(shí)所投的爆炸聲信號(hào)的直達(dá)波和反射波的功率譜可以得到不同頻率下的垂直反射系數(shù)[6]

或

大陸架海底沉積物聲速(縱波)和密度的經(jīng)驗(yàn)公式[7]

1.1.2 由傳播損失反演海底衰減系數(shù)

式中,為試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

1.2 測(cè)量方法

海底介質(zhì)參數(shù)確定后, 適用的聲納計(jì)算模型和參數(shù)已確定。測(cè)量方法如下。

1) 將接收作用距離試驗(yàn)中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的聲速剖面, 目標(biāo)聲源的深度和水聽(tīng)器的深度輸入計(jì)算模型, 得到實(shí)際環(huán)境的衰減曲線。

2) 將等溫層聲速剖面, 目標(biāo)聲源的深度和水聽(tīng)器深度輸入模型得到指標(biāo)環(huán)境的衰減曲線。

4) 將實(shí)測(cè)的目標(biāo)信號(hào)聲源級(jí)和海洋環(huán)境噪聲等與指標(biāo)的要求進(jìn)行比較, 對(duì)指標(biāo)因子進(jìn)行折算, 得到實(shí)際環(huán)境下的指標(biāo)因子實(shí)際。

流程如圖1所示。

圖1 測(cè)量流程圖

2 仿真試驗(yàn)

圖2 聲速梯度

圖3 不同條件下的傳播損失曲線

通過(guò)計(jì)算, 實(shí)際環(huán)境下接收作用距離為264.3 m, 換算得到的理想條件下接收作用距離為1 917.4 m, 大于指標(biāo)規(guī)定值, 滿足指標(biāo)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了自航式聲誘餌海上試驗(yàn)實(shí)際測(cè)量過(guò)程中環(huán)境參數(shù)測(cè)量方法及接收作用距離折算詳細(xì)方案, 并且針對(duì)海底參數(shù)的測(cè)量, 采用海底參數(shù)反演的方法, 使得測(cè)量精度提高, 為海上試驗(yàn)提供了參考。從仿真結(jié)果來(lái)看, 實(shí)際環(huán)境下的接收距離值與理想條件下的接收距離值差距很大, 這就給指揮決策帶來(lái)很大問(wèn)題。因此, 在驗(yàn)收自航式聲誘餌時(shí), 除規(guī)定理想水文環(huán)境條件外, 還應(yīng)選定近海具有代表性的海區(qū)環(huán)境作為另一指標(biāo)測(cè)試條件, 這樣在裝備性能測(cè)試及實(shí)際應(yīng)用中就可更直觀, 更具實(shí)際意義。

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Measurement Method of Mobile Acoustic Decoy Receiving Distance for Sea Trial

CUI Bao-he, ZHENG Yuan

(Underwater Acoustic Research Center, Navy Submarine Academy, Qingdao 266044, China)

For the difference between sea trial environment and ideal environment in the process of weapon test and evaluation, a measurement method of environmental parameters is proposed with focus on seabed inversion method for calculating seabed parameters in large area, and on converting scheme of receiving distance by considering mobile acoustic decoy′s characteristics. Moreover, a smooth-averaged sound field model is established to calculate the receiving distance of a mobile acoustic decoy for sea trial. This study may provide a reference for equipment acceptance test.

mobile acoustic decoy; receiving distance; sea trial; equipment acceptance

TJ630.6

A

1673-1948(2012)01-0060-04

2011-07-11;

2011-08-31.

崔保河(1987-), 男, 在讀碩士, 主要研究方向?yàn)樗晫?duì)抗仿真.

(責(zé)任編輯: 許 妍)