簡正波
- Scholte波識別水池縮比實驗
獻[8]提出了簡正波分離識別Scholte 波的方法用于水池實驗識別Scholte 波。本文根據(jù)其理論基礎(chǔ)，對文獻[8]中的實驗結(jié)果進行分析，改善實驗過程以及數(shù)據(jù)處理方法，使簡正波分離識別Scholte波的方法更加完善。1 理論基礎(chǔ)1.1 簡正波分離根據(jù)簡正波理論[9]，水平分層的聲場可以表示為各號簡正波的疊加，如式(1)所示：其中，0 號簡正波為Scholte 波，Scholte 波是簡正波中的一種模式；Ψm(z)為簡正波的模態(tài)函數(shù)即簡正波的模態(tài)形狀；Φ
應用聲學 2023年4期2023-09-15
- 深海低聲速沉積層簡正波用于海底參數(shù)反演?
的實例，并利用簡正波理論分析了包含低聲速沉積層時3 層均勻液態(tài)模型的本征方程及頻散曲線圖。1980年，Rubano[3]基于4 層均勻液態(tài)淺海模型分析了海底存在低聲速沉積層時前兩階簡正波的群速度頻散曲線、特征函數(shù)和傳播損失，發(fā)現(xiàn)低聲速沉積層的存在會造成高頻信號衰減，并反演得到了Corpus Christi沿岸的地聲參數(shù)。Hastrup[4]闡述并解釋了淺海環(huán)境下聲波在小掠射角入射低聲速沉積層時海底反射損失出現(xiàn)的周期增大現(xiàn)象。李夢竹等[5]在Hastrup
應用聲學 2023年4期2023-09-15
- 一種基于大孔徑水平陣的淺海聲源被動測距方法
)1 引言根據(jù)簡正波理論，遠程淺海低頻聲場可表示為多階簡正波的線性疊加，簡正波的參數(shù)調(diào)制了豐富的海洋環(huán)境和目標的信息，為地聲反演、水聲目標定位提供了良好的條件。結(jié)合簡正波理論利用垂直陣、離散水聽器進行聲源定位的研究已得到廣泛的開展，典型方法包括基于波導不變量測距[1]、時/頻域Warping變換[2]、消頻散變換測距[3]等。但由于垂直陣面臨姿態(tài)穩(wěn)定性與水平方位分辨問題，而基于單一水聽器的定位方法信噪比要求較高，在實際應用中均面臨較大限制。相對的由于大孔徑
電子與信息學報 2022年12期2022-12-28
- 大陸坡內(nèi)波環(huán)境中聲傳播模態(tài)耦合及強度起伏特征*
模型,然后基于簡正波理論數(shù)值對比分析各波導模型條件下模態(tài)的耦合規(guī)律,進而研究聲場強度起伏特性及其物理機理.研究結(jié)果表明,當聲波朝向或遠離內(nèi)波中心傳播時,模態(tài)耦合在內(nèi)波與大陸坡的共同作用下出現(xiàn)耦合增強或衰減,高號模態(tài)耦合系數(shù)振蕩;內(nèi)波擾動的作用使得能量由低號模態(tài)耦合至高號模態(tài),提高了聲場強度衰減;斜坡的作用使得聲波下坡傳播時,波導模態(tài)數(shù)增加、模態(tài)強度衰減降低;大陸坡內(nèi)波環(huán)境中的模態(tài)強度總和大于內(nèi)波環(huán)境、小于大陸坡環(huán)境,且模態(tài)組間的能量轉(zhuǎn)移比只有內(nèi)波或者大陸坡
物理學報 2022年20期2022-10-27
- 淺海負躍層中利用互相關(guān)輸出峰值遷移曲線的聲源深度判別
度上激發(fā)的各階簡正波的不同來分類聲源，大致分為兩類，一類是將接收信號中分離出的簡正波模態(tài)與利用聲場計算得到的模態(tài)矩陣來匹配，不同之處在于如何獲取單個簡正波模態(tài).Touzé等[1]利用簡正波模態(tài)的頻散特性，采用時頻分析的方法分離得到簡正波;Nicolas 等[2]將時頻分析后的信號變換到頻率—波數(shù)域再得到簡正波;隨后，Courtois 等[3]提出利用壓縮感知的方法，更好地在頻率—波數(shù)域上分離各階模態(tài);Lopatka 等[4]發(fā)現(xiàn)同時利用模態(tài)的幅度和相位(符
物理學報 2022年13期2022-07-22
- 基于輻射噪聲干涉條紋斜率分布的聲源深度分辨方法研究
。聲源的深度與簡正波各階模態(tài)的分布密切相關(guān)，現(xiàn)有方法大多基于簡正波理論，利用聲源深度與簡正波模態(tài)之間的對應關(guān)系實現(xiàn)聲源深度的二元判決。匹配場處理被廣泛應用于水聲被動定位，也是研究人員最為關(guān)注的深度判別方法。楊坤德等人[1]提出基于環(huán)境擾動的線性匹配場處理方法，通過增加環(huán)境擾動約束提高方法在隨機誤差下的穩(wěn)健性，但方法在目標方位與干擾方向相似時失效。王奇等人[2]提出基于最小二乘算法短垂線陣匹配場處理技術(shù)的目標深度辨別方法，用最小二乘得到各階模態(tài)系數(shù)估計值重構(gòu)
電子與信息學報 2022年6期2022-06-25
- 淺海粗糙海面影響下的聲場水平縱向相關(guān)性
究。本文將結(jié)合簡正波聲場模型，考慮風浪引起的粗糙海面因素，分析淺海海面風浪對聲場水平縱向相關(guān)性的影響。并進一步通過簡正波理論和簡正波聲場模型給出理論數(shù)值解釋。1 考慮粗糙海面影響的聲場水平縱向相關(guān)性預報模型1.1 粗糙海面的反射系數(shù)計算令v=ki-ks=(vx,-vz)，vx=kix-ksx，vz=κiz+ksz，kβ1+i=[k2-(K1+kix)2]1/2并且有Im[β1+i]>0，kβs-1=[k2-(ksx-K1)2]。最終可以得到小斜率近似下的反
哈爾濱工程大學學報 2022年6期2022-06-16
- 雙層介質(zhì)聲傳播問題的標準解及有限元解
法[1-2]、簡正波法[3-4]、拋物方程法[5-6]、波數(shù)積分法[7-8]，研究人員使用這些方法建立了許多聲場計算模型，但是目前還沒有非常流行的有限元算法模型?？梢姡P(guān)于有限元方法在水下聲場計算中的研究還不是非常充分。有限元方法是求解偏微分方程復雜邊值問題的一種通用數(shù)值解法。它首先將物理域離散成有限數(shù)量的單元，各單元以節(jié)點相連，然后利用各單元間的關(guān)聯(lián)性形成一系列的有限元方程組，求得單元內(nèi)的精確解或近似解，從而把復雜的偏微分方程邊值問題轉(zhuǎn)化為大型方程組的求
聲學技術(shù) 2022年2期2022-05-17
- 基于Scholte 波頻散特性的測距方法研究
holte波、簡正波同頻率到達時間差進行聲源距離估計的方法，并對兩種方法的測距結(jié)果進行對比分析。1 Scholte 波頻散特性由于流體-固體分界面的存在，界面處將產(chǎn)生Scholte 波。Scholte 波的波速隨著頻率變化，具有頻散特性。以圖1 所示的環(huán)境為例介紹Scholte 波頻散特性?？紤]聲源深度zs，聲源譜S（ω），接收為海底地震波拾振器（Ocean-Bottom Seismometers，OBS），被置于海底附近，接收深度zr。圖1 環(huán)境模型模型
電聲技術(shù) 2022年2期2022-04-27
- 淺海波導環(huán)境不確定性對聲源功率估計的影響*
機理.首先使用簡正波模型[19-22]建立淺海波導環(huán)境中垂直陣接收信號模型，并簡要介紹聲源功率估計的物理量和匹配場聲源功率估計方法.隨后定義聲源功率估計性能環(huán)境失配敏感度，并分析環(huán)境不確定性影響聲源功率估計的機理，以及不同環(huán)境參數(shù)變化對聲源功率估計的影響程度.最后，采用美國海軍實驗室(naval research laboratory，NRL)提供的Benchmark[23]標準淺海聲速剖面和參數(shù)不確定范圍仿真驗證理論分析的結(jié)果.2 匹配場聲源功率估計方法
物理學報 2021年24期2021-12-31
- 傾斜彈性海底條件下淺海聲場的簡正波相干耦合特性分析*
況下的彈性耦合簡正波聲場模型,給出了包含泄漏模態(tài)時彈性簡正波的歸一化和耦合系數(shù)表達式,耦合系數(shù)滿足聲能流守恒.利用該模型分析了傾斜彈性海底條件下聲場的簡正波相干耦合特性,發(fā)現(xiàn)考慮泄漏模態(tài)時,簡正波耦合不僅會導致簡正波幅度變化,而且也會帶來附加相移.仿真計算表明:其一,在傾斜彈性海底條件下,考慮泄漏模態(tài)耦合附加相移影響后得到的聲傳播損失更接近有限元商用軟件的計算結(jié)果;其二,耦合大大提升了界面波的幅度.此外,本文還分析了海洋環(huán)境參數(shù)變化對聲傳播損失的影響.1
物理學報 2021年21期2021-11-19
- 基于K-SVD的低頻水聲信號去噪處理方法
對不同海況下的簡正波信號與LFM信號進行去噪處理.仿真結(jié)果表明，本文方法對不同海況且不同形式的水聲信號都具有較好的去噪效果，信噪比增益可達到20 dB.1 基本理論分析根據(jù)簡正波理論來建立水聲傳播模型，其中去噪方法為基于稀疏分解理論的正交匹配追蹤算法(orthogonal matching pursuit，OMP)和K-SVD算法.其中OMP算法是一種信號稀疏表示方法，該方法可以在過完備原子庫中選擇少量具有信號的特征原子將信號稀疏表示，從而得到信號的有用分
云南民族大學學報（自然科學版） 2021年4期2021-09-10
- 一種淺海負躍層下的多目標聲源距離估計方法
分離為對應不同簡正波的波包，這些波包之間的到達時間差包含了聲源的距離信息，因此利用warping 變換計算到達時間差后即可進行聲源的測距[3-4]。而對于非脈沖的寬帶信號，基于波導不變量β 的測距方法也受到越來越多的關(guān)注[5-7]。在淺海區(qū)域，由于聲簡正波之間的相互干涉，水平陣接收到的低頻寬帶聲強在ω-r 平面內(nèi)會形成非常規(guī)則的條紋結(jié)構(gòu)，波導不變量β 與條紋斜率密切相關(guān)[8]。波導不變量β 從根本上說是由聲簡正波之間的干涉特性決定的。對于等聲速淺海波導來說
聲學與電子工程 2021年1期2021-04-19
- 淺海中聲源激發(fā)的波場成分及特性分析
一[1–8]。簡正波理論通過相長干涉的作用來體現(xiàn)聲場能量的變化和空間分布，各階簡正波的相速度和群速度可直接與聲場相位和能量的傳播相對應，形式簡單，物理意義明確直觀，并且簡正波理論頻率適用范圍廣，尤其是中低頻的情況，因此多被用于研究淺海聲場傳播問題[9–11]。但隨著減震降噪技術(shù)的提高，艦船輻射噪聲水平大幅降低[12]，然而現(xiàn)有的降噪技術(shù)對幾到幾十赫茲內(nèi)的甚低頻輻射噪聲仍很難消除，由于甚低頻聲波的傳播會受到淺海波導截止頻率的限制，使得甚低頻聲波信號局限在聲源
電子與信息學報 2021年3期2021-04-06
- 基于簡正波模態(tài)的淺海聲傳播的最佳深度規(guī)律研究
理想液體波導中簡正波階數(shù)對最佳深度影響的研究，得出簡正波模態(tài)疊加是產(chǎn)生最佳深度的根本原因，并較為全面地總結(jié)了不同環(huán)境下最佳深度的規(guī)律。1 理論公式淺海聲傳播問題可以近似采用單位強度的諧和點聲源在水平均勻的分層波導中的響應來模擬，任意一點的聲壓p滿足如下波動方程[11]：式中：p(r,z,t)為與水平距離r、深度z和時間t相關(guān)的聲壓；c(z),ρ(z)分別為與深度相關(guān)的聲速和密度，s(t)代表點聲源強度。在柱坐標系下上述方程轉(zhuǎn)化為：計算區(qū)域的邊界條件、海水深
艦船科學技術(shù) 2021年1期2021-03-09
- 利用聲場簡正波幅度起伏反演內(nèi)波傳播速度
波能夠引起聲場簡正波耦合、接收信號能量起伏、多途時延起伏、聲場退相關(guān)等[1-2]；而當聲傳播路徑與內(nèi)波波陣面近似平行時，非線性內(nèi)波會引起聲場顯著的三維效應，如聲線的水平折射、聚焦和發(fā)散效應等[3-5]。另一方面是逆問題研究，即利用聲場信息進行內(nèi)波參數(shù)反演，這方面的研究工作目前涉及較少，主要原因是反演問題首先需要建立內(nèi)波特征與聲場變化的定量關(guān)系，而建立兩者之間的定量關(guān)系相比定性規(guī)律總結(jié)要困難許多；此外，定量關(guān)系往往是在理想條件下得到的，但實際情況往往比較復雜
哈爾濱工程大學學報 2020年10期2020-12-15
- 淺海低頻集約參數(shù)混響強度模型
于可以利用少數(shù)簡正波描述聲場的淺海低頻情況，特別是負梯度聲速剖面條件下，海底散射是引起混響的主要因素[1]。根據(jù)對海底散射的處理方法，眾多的淺?；祉懱匦越９ぷ骺梢苑譃?類[2]：1)基于海底經(jīng)驗散射的混響模型，此類混響模型將雙向傳播過程和海底反向散射過程分別考慮，傳播過程利用射線理論、簡正波理論、拋物近似(PE)等描述，散射過程則利用經(jīng)驗散射函數(shù)。淺海低頻遠程的情況下，利用射線理論來研究混響不能給出滿意的結(jié)果，在傳播理論中，簡正波方法對于淺海低頻信道十分
哈爾濱工程大學學報 2020年10期2020-12-15
- 非線性內(nèi)波引起的淺?；祉憦姸犬惓Ｕ鹗?/a>
能量耦合嵌入到簡正波混響理論，提出了一種考慮水體耦合效應的耦合簡正波混響模型。1 非線性內(nèi)波引起的混響與雜波理論本文選取淺海Pekeris波導，平均海深為70 m，上層海水的平均聲速為1 500 m/s，液態(tài)半無限海底聲速為1 700 m/s。水體和液態(tài)海底密度比為1.6，海底聲吸收系數(shù)為0.4 dB/λ，海水中的聲速梯度是黃海夏季常見的典型孤子內(nèi)波環(huán)境，在15～25 m處有強的溫躍層，具體的海水中聲速分布如圖1所示。聲源接收器的配置形式為收發(fā)合置，布放深
哈爾濱工程大學學報 2020年10期2020-12-15
- 基于模式能量比的海底聲衰減系數(shù)反演
到[3?4]。簡正波分離是模衰減系數(shù)和模式能量比提取的基礎(chǔ)。簡正波方法可分為兩大類：一是空域分離方法，如基于垂直陣或水平陣的模過濾；二是時域或頻域分離方法，如短時傅里葉變換(Short time Fourier transform,STFT)、小波變換、warping變換[5]等，它們適用于單水聽器接收情況。STFT是傳統(tǒng)的簡正波分離方法，它適用于任何水文環(huán)境條件，但是簡正波分離性能容易受到加窗函數(shù)的影響。warping變換技術(shù)通過坐標軸變換，把不同時間到
應用聲學 2020年4期2020-09-24
- 基于高階累積量的簡正波聲場匹配場定位效果分析
分解。國內(nèi)有關(guān)簡正波聲場以及匹配場的相關(guān)研究也取得了一些成果：楊坤德[9]在基于環(huán)境擾動的匹配場和自適應匹配場領(lǐng)域頗有建樹；王奇等[10]分析了淺海環(huán)境參數(shù)失配問題對匹配場處理的影響；鄒士新等[11]進一步比較了在淺海匹配場環(huán)境中幾種優(yōu)化算法的性能；何怡等[12]將WKBZ 簡正波理論應用于匹配場定位；李建龍等[13]對不確定海洋環(huán)境下的匹配場處理做出了相關(guān)討論；李倩倩等[14]進一步研究了在不確定海洋環(huán)境下的貝葉斯聲源定位法；肖鵬等[15]對模態(tài)濾波匹配
海洋技術(shù)學報 2020年3期2020-08-19
- 淺海波導中簡正波干涉特征頻率增強?
離相關(guān)聯(lián)的干涉簡正波頻率或時延特征。在運動聲源的距離估計方面，已提出的利用干涉簡正波特征頻率[1?2]和干涉簡正波延時信息[3]的方法具有非常穩(wěn)健的性能。然而，在實際海洋環(huán)境中，由于環(huán)境噪聲的影響，接收信號或陣列輸出信號具有較低的信噪比，使得信號的干涉簡正波特征頻譜往往淹沒在噪聲中，從而影響了被動測距的跟蹤性能。增強信噪比的常見解決思路是時間累積，然而傳統(tǒng)的時間累積(例如常規(guī)波束形成中的長時間非相干累積)不能有效提高干涉簡正波特征頻譜的信噪比，這是因為水聲
應用聲學 2020年6期2020-03-03
- 淺海孤子內(nèi)波對水平縱向相關(guān)性的影響?
內(nèi)波引起的高號簡正波到達時間起伏。聲場水平相干特性是影響聲吶陣探測性能的重要因素。導致聲場水平縱向相關(guān)下降的主要因素有介質(zhì)的不均勻性和多途干涉，通過研究孤子內(nèi)波對水平縱向相關(guān)性的影響，對分析孤子內(nèi)波海域聲吶探測具有重要的意義。由于海洋介質(zhì)的不均勻性、海底不平、多途效應都會對聲場的水平縱向相關(guān)性產(chǎn)生影響，因此對水平縱向性的研究得到了廣泛的關(guān)注。宋俊等[8]從物理意義上研究分析了淺海孤子內(nèi)波存在下水平縱向相關(guān)性的周期性變化。Guo 等[9]、Li 等[10]研
應用聲學 2019年5期2019-11-30
- 孤子內(nèi)波環(huán)境下三維聲傳播建模*
于雙向三維耦合簡正波模型,該模型在計算效率上能夠至少提高一個數(shù)量級.除了孤子內(nèi)波環(huán)境之外,本模型還適用于存在小尺度海脊等反向散射比較弱的一般水平變化波導環(huán)境.本文用該模型計算由KdV方程得到的孤子內(nèi)波問題,并用雙向三維耦合簡正波模型作為標準模型來驗證本模型的計算精度.計算結(jié)果表明本模型在反向散射比較弱的波導環(huán)境中具有非常高的計算精度.1 引 言作為一種中尺度海洋現(xiàn)象,內(nèi)波對水下聲傳播具有顯著影響.因此,在過去的幾十年中人們對內(nèi)波問題做了大量研究[1-15]
物理學報 2019年20期2019-10-25
- 淺海水平線陣接收海底混響序列仿真
數(shù)據(jù)支撐。借助簡正波理論研究海底散射聲場，將海底散射場視為海洋傳輸網(wǎng)絡形成的傳遞函數(shù)，在此基礎(chǔ)上將海底散射微元按方位角均勻劃分，依據(jù)陣元間的相位關(guān)系給出了水平線陣接收海底混響序列的仿真方法。以負梯度淺海環(huán)境為例進行了混響仿真，并對仿真序列的頻譜特征、統(tǒng)計特征、空間相關(guān)特征進行了驗證，結(jié)果表明該方法獲得的混響序列特性與理論預測相符，可以為抗混響技術(shù)研究提供參考。混響；散射；水平線陣；簡正波；相關(guān)性0 引言淺海環(huán)境中，海底混響作為主動聲吶的背景干擾，一直是聲吶
聲學技術(shù) 2019年4期2019-09-02
- 利用氣槍聲源數(shù)據(jù)的地聲參數(shù)反演?
林等[7]利用簡正波過濾技術(shù)獲取簡正波群延時。郭曉樂等[8]利用warping變換提取來獲取頻散曲線的時間差來反演海底聲速與密度。Potty等[9]、Zeng等[10]在各自的文獻中均利用模式幅值比來獲取海底衰減系數(shù)。相比而言，利用傳播損失擬合獲取海底衰減系數(shù)是一種簡單易行的方法[8]。不同的聲學特征參數(shù)對反演海底參數(shù)的敏感性不同，利用此原理進行分步反演[11]一方面能獲取到最敏感的參數(shù)，同時提高計算速率。信號處理的方法能夠準確地提取不同的聲場特征，其中w
應用聲學 2019年3期2019-07-25
- 以簡正波解為初始場的拋物方程算法應用于深海聲傳播預報
預報方法主要有簡正波方法[1]，耦合簡正波方法[2]，射線法[3]，拋物方程方法[4-5]，波數(shù)積分法[6]等。在深海中，環(huán)境參數(shù)不僅在深度上起伏變化，在水平方向上也會因內(nèi)波、渦旋、鋒面、洋流等現(xiàn)象而發(fā)生變化。簡正波方法和波數(shù)積分法僅適用于水平方向環(huán)境參數(shù)不變的波導，故不適用于深海聲傳播預報。耦合簡正波方法、拋物方程方法和射線方法適用于深海中環(huán)境參數(shù)同時隨距離、深度變化的波導。這三種方法各有優(yōu)缺點。耦合簡正波方法的優(yōu)點在于具有清晰的物理意義，但缺點是耦合系
聲學技術(shù) 2019年2期2019-05-21
- 表面聲道對深海風成噪聲垂直空間特性的影響規(guī)律*
ris割線下的簡正波理論描述噪聲的傳播過程, 研究了深海環(huán)境下存在表面聲道時, 表面聲道以下噪聲垂直空間特性的變化規(guī)律及其原因. 研究表明, 在臨界深度以上, 表面聲道的存在導致噪聲垂直方向性在水平凹槽邊緣靠近海底方向上的峰值升高,噪聲垂直相關(guān)性隨垂直距離增加先后周期地向正相干和負相干方向偏移; 在臨界深度以下, 表面聲道的存在導致水平方向上的噪聲能量增強, 噪聲垂直相關(guān)性整體向正相干方向偏移. 當表面聲道的參數(shù)變化時, 表面聲道的厚度變化對噪聲垂直空間特
物理學報 2019年2期2019-03-11
- 海底衰減系數(shù)對艦船地震波的影響
他彈性波，比如簡正波、廣義 Rayleigh波等，因此本文中的艦船地震波指的是海底表面可以測量到的所有彈性波。目前對艦船地震波的理論研究主要分為地震波形成機理分析、艦船地震波場的仿真計算以及實驗測量等。文獻[1]指出，在淺海傳播條件下，海底聲學特性對低頻和極低頻聲波傳播的影響幾乎是決定性的，論證了艦船地震波在水中目標探測中的重要應用前景。文獻[2]通過波數(shù)積分方法詳細研究了海底參數(shù)、聲源頻率及深度、海水深度及聲速剖面等因素對海水以及海底中聲場空間分布的影響
聲學與電子工程 2018年4期2019-01-12
- 基于波導不變性的運動目標威脅分析
離傳播時，可用簡正波理論進行聲場分析。輻射點源深度為zs，信號頻率為ω，幅度為A(ω)，則距離點源水平距離為r,深度為zr的接收機接收信號的聲壓為：由式（1）可知，聲強可以表示為：式中，P(ω)為功率譜，且假定其在處理頻段內(nèi)連續(xù)且平坦，Δκmn為第m階與第n階簡正波水平波數(shù)差，即：Δκmn(ω)=κm(ω)-κn(ω)。由式（2）可知，聲強由兩部分組成：第一部分為直流分量，該項是距離r和頻率ω的緩變函數(shù)；第二項為震蕩分量，體現(xiàn)了不同階簡正波間的相互干涉，是
聲學與電子工程 2018年4期2019-01-12
- 基于簡正波分解的不同陣列匹配場定位性能分析?
接收到的聲場做簡正波分解,并對所得到的簡正波分解矩陣進行分析,設計不同陣形對聲源目標進行定位,著力提高實際實驗環(huán)境下的定位性能,并降低實驗設備布放難度.仿真結(jié)果表明,如果其中一個子陣對簡正波分解效果較差,就會影響到最終定位效果.因此,在實際應用中,組合陣列的長度、陣元等參數(shù)的選取尤為重要.2 垂直陣的簡正波分解矩陣與陣形設計記垂直接收陣的N個陣元位于(rn,zn),rn≡(xn,yn),n=1,2,···,N; 目標聲源位于(rs,zs),rs≡(xs,y
物理學報 2018年17期2018-09-21
- 基于波導不變量的深海船舶噪聲特征研究
于c底層聲速的簡正波形成的，這些簡正波下反轉(zhuǎn)點在海底上方，不與海底發(fā)生接觸；圖3（b）給出了反射會聚區(qū)聲線傳播軌跡，從圖中可以看出，反射會聚區(qū)主要是由海底反射模式，即相速度大于c底層聲速的簡正波形成的，這些簡正波與海底發(fā)生接觸。通過典型深海環(huán)境效應的分析，可以看出，在深海環(huán)境，由于深海聲道會聚區(qū)和反射會聚區(qū)的存在，接收到的船舶噪聲信號，既可能是直達波目標、又可能是深海聲道會聚區(qū)目標或者反射會聚區(qū)目標。對于會聚區(qū)或反射會聚區(qū)內(nèi)的船舶目標，由于距離較遠，其噪聲
船舶力學 2018年7期2018-07-30
- 一種高效的寬帶簡正波本征值計算方法
一種高效的寬帶簡正波本征值計算方法楊雪峰1,2，王好忠3，駱文于4，胡長青1(1. 中國科學院聲學研究所東海研究站，上海 201815；2. 中國科學院大學，北京 100049；3. 中國海洋大學，山東青島 266100；4. 中國科學院聲學研究所，北京 100190)為提高寬帶簡正波本征值的計算效率，漢密爾頓方法通過公式變換抵消頻率項，將寬帶簡正波本征值的計算由頻率、本征值實部和虛部的三維尋根降低至本征值實部和虛部的二維尋根，可以一次性求解單號簡正波所有
聲學技術(shù) 2018年3期2018-07-20
- 淺海遠程混響與目標回波融合仿真方法研究
基本方法是借助簡正波理論計算聲傳播過程，在海底附近將簡正波分解為上行波和下行波（本征函數(shù)展開法），結(jié)合海底散射函數(shù)得到海底散射場，再結(jié)合發(fā)射信號強度及脈寬等參數(shù)可以進一步計算混響強度和混響序列。波導中目標散射問題與海底微元散射類似，主要區(qū)別在于散射函數(shù)，可以采用相同方法研究，文獻[4,5]利用本征函數(shù)展開法系統(tǒng)地研究了波導中目標散射問題，并且提出了模式匹配(Matched-mode processing)目標定位方法和目標散射函數(shù)反演方法。文獻[6]將目標
聲學與電子工程 2018年2期2018-07-10
- 基于簡正波的混響聲壓模型
元散射模型，在簡正波聲強模型的基礎(chǔ)上提出了一種基于簡正波理論的聲壓模型，減小了計算量，且模型中傅里葉變換的應用使得該方法也適用于寬帶發(fā)射信號。1 聲壓模型混響伴隨著聲吶發(fā)射信號而產(chǎn)生，與發(fā)射信號本身的特性和傳播通道的特性有著密切的關(guān)系，是主動聲吶主要的干擾因素。混響信號是由大量獨立的散射體所產(chǎn)生的散射聲在接收點疊加而形成的。對于海底混響，假設海底各散射單元之間是獨立的，則t時刻混響信號可表示為[2]式中，s(t)是主動聲吶發(fā)射波形，ti是第i個散射區(qū)域產(chǎn)生
聲學與電子工程 2018年2期2018-07-10
- 淺海聲場相干特性研究
縱向水平相關(guān)簡正波計算空氣與海水間存在比較大的聲阻，這就會導致聲源從水下發(fā)出聲波時，會發(fā)生某一點聲壓的數(shù)值正好是0的點，那就是軟邊界點。在現(xiàn)實中這一軟邊界的點存在在空氣與海水分割面上，根據(jù)簡正波的理論可以得出，位于水下的聲場可以利用下列方式來表達：在這個公式中，H代表著海深程度，聲源深度用z來表示，其中的漢克爾第一類函數(shù)使用H0來代替的，在遠場中漢克爾函數(shù)還有一種近似表達式：同時還有第二種可能就是聲源來源方式不同，當生源不是來自于淺海中而是存在空氣中時，
信息記錄材料 2018年8期2018-07-05
- 一種會聚區(qū)聲場基于參數(shù)化表征的方法研究?
。2 深海波導簡正波聲場特征深海典型的聲速剖面為“三層結(jié)構(gòu)”型，存在一個聲速最小聲道軸，由于聲線被限制在海面和海底之間，在水中反轉(zhuǎn)時沒有能量損失，故能在深海中進行遠距離傳播，形成會聚區(qū)現(xiàn)象。簡正波理論是分析和計算聲場的重要理論方法，在描述聲場特征時具有物理概念清晰，數(shù)學表達明確等優(yōu)點。假設海水為水平無變化介質(zhì)，波動方程在海面和海底邊界條件下，遠場解析解［5］為其中p(r,z)表示接收處聲壓，z、zs分別為接收處和聲源深度，r為水平距離，Ψm為特征函數(shù)，kr
艦船電子工程 2018年5期2018-05-29
- 淺海中目標的有源對消回聲隱身研究
；un（z）為簡正波深度函數(shù)；為目標平面波散射函數(shù)；其中為入射聲源方位，（α，β）為場點空間方位；M為簡正波的數(shù)目。第n階模態(tài)的水平和垂直波數(shù)分量分別為，。k為波數(shù)。簡正波的深度函數(shù)可寫為上行、下行的平面波分量表達形式：其中：和為第n階簡正波上行、下行的平面波分量的幅度。式（1）可應用于淺海波導中剛性、絕對軟、阻抗邊界等目標的散射聲場計算。由于淺海波導中目標的存在，每一個入射的簡正波都轉(zhuǎn)化為能夠存在的所有M階簡正波。M階簡正波會產(chǎn)生4M2的散射分量，淺海波
艦船科學技術(shù) 2018年4期2018-05-16
- 一種快速求解寬頻簡正波的方法
種快速求解寬頻簡正波的方法朱飛龍1,2，李風華1，Eric I. Thorsos3(1. 中國科學院聲學研究所聲場聲信息國家重點實驗室，北京 100190；2. 中國科學院大學，北京 100049；3.Applied Physics Laboratory, University of Washington WA, 98105 USA)針對寬帶信號的簡正波解，傳統(tǒng)的求解簡正波數(shù)值方法常常需要重復計算本征值方程，計算效率低。文中將頻率的變化當作擾動，提出利用微
聲學技術(shù) 2018年1期2018-04-11
- 一種基于單水聽器的淺海水下聲源被動測距方法?
接收信號由各階簡正波之間相互干涉疊加而成,每階簡正波都保留了大量的海洋環(huán)境信息,如何有效地利用各階簡正波的信息進行水下聲源的定位是近年來水聲領(lǐng)域的一個重要研究內(nèi)容[1],而基于單水聽器的水下聲源的被動測距則是其中的一個重要方面.與匹配場[2]等被動測距技術(shù)不同,單水聽器測距方法不需要龐大的水聽器陣以及大量的聲場計算,但是為了準確有效地測量聲源距離,需要知道詳細的波導環(huán)境參數(shù),這為實際測量帶來了困難.針對這一情況,已提出了基于波導不變量的被動測距方法和基于陣
物理學報 2017年18期2018-01-11
- 一種基于波數(shù)積分方法的線源聲場計算方法
積分模型與傳統(tǒng)簡正波模型KRAKENC的結(jié)果進行比較，結(jié)果顯示，當某號簡正波的波數(shù)與海底波數(shù)接近時，KRAKENC計算不出該號簡正波，會導致KARKENC的計算結(jié)果不準確，而波數(shù)積分方法可以很好地解決該問題。因此，提出的方法可以作為Pekeris波導中線源激發(fā)聲場的標準模型。線源問題；波數(shù)積分；穩(wěn)定性解法0 引言Pekeris波導作為一個經(jīng)典聲傳播問題環(huán)境模型，是由Pekeris在1948年發(fā)表的文章中首次較完整地提出并給出了海上試驗結(jié)果[1]。布列霍夫斯
聲學技術(shù) 2017年5期2017-12-01
- warping變換提取單模態(tài)反演海底衰減系數(shù)?
法分離出單模態(tài)簡正波.對于接收深度固定、定深爆炸聲源情況,以簡正波理論為基礎(chǔ)定義了距離歸一化的簡正波傳播損失,并且其隨傳播的距離呈線性關(guān)系,故可通過此變化規(guī)律得到聲壓值實部的衰減因子,進而可求得海底地聲模型參數(shù):海底衰減系數(shù).為驗證此方法的有效性,仿真了warping變換提取單模態(tài)簡正波的過程,同時將warping變換提取的單模態(tài)簡正波與數(shù)值計算的結(jié)果進行比較驗證;并針對某次黃海試驗數(shù)據(jù)進行了處理,得到在150—550 Hz頻帶范圍內(nèi)海底衰減隨頻率的變化規(guī)
物理學報 2017年20期2017-11-12
- 波導不變量譜值及其分離方法?
工程應用,按照簡正波頻散的定義適合理論分析.在有躍層的波導中,這兩種定義方式并不完全一致.由于簡正波頻散特性差異,按照頻散特性定義的波導不變量β會有許多不同的取值,這些β被稱為波導不變量的β譜.此時聲場干涉結(jié)構(gòu)應該用多個β來描述,而以往的β提取算法只能給出一個最佳估計值,導致一些信息的丟失.借鑒圖像處理中的積分投影概念,將聲強圖像按照角度進行積分投影,以分離不同斜率的條紋成分;然后對投影曲線進行傅里葉變換,以分離不同間距的條紋成分,最終實現(xiàn)各個β譜值的分離
物理學報 2017年11期2017-08-09
- 一種基于模態(tài)匹配的淺海波導中寬帶脈沖聲源的被動測距方法?
接收信號的各階簡正波實現(xiàn)有效分離,由此得到各階簡正波的頻域信號.海底相移參數(shù)是描述海底地聲參數(shù)的一個重要參量,包含了海底地聲參數(shù)信息,而各階簡正波的水平波數(shù)可以通過含有海底相移參數(shù)的表達式來表達.此外,由于聲速剖面對簡正波的各階水平波數(shù)具有相近的影響,因此通過對任意兩階簡正波進行聯(lián)合處理,可以近似消除聲速剖面對簡正波水平波數(shù)差的影響.任意兩階簡正波的水平波數(shù)差只近似用于海底相移參數(shù)、海深以及波導中平均聲速三個參數(shù)有關(guān),可以簡單、快速地計算相應拷貝場,然后通
物理學報 2017年9期2017-08-09
- 考慮噪聲源深度分布的海洋環(huán)境噪聲模型及地聲參數(shù)反演?
特征的影響并從簡正波角度予以解釋,發(fā)現(xiàn)海底聲阻抗和聲源深度都顯著影響由海洋環(huán)境噪聲獲得的等效海底反射損失大掠射角部分,進而將該模型用于地聲參數(shù)反演.兩段實測噪聲數(shù)據(jù)200—525 Hz頻段的反演結(jié)果表明:基于海洋環(huán)境噪聲的地聲參數(shù)反演最優(yōu)值與聲傳播的反演結(jié)果相近;源平均深度最優(yōu)值隨頻率增加有變小的趨勢,說明隨頻率增加環(huán)境噪聲主要貢獻源逐漸由航船轉(zhuǎn)為風浪;當海況大于3級時,400 Hz以上頻段噪聲源深度平均值很小,與Monahan氣泡理論的描述一致.環(huán)境噪聲
物理學報 2017年1期2017-07-31
- 空氣聲源激發(fā)的淺海聲場的理論研究
水中有三階波導簡正波。若有波導簡正波存在，必能以較小傳播損失遠程傳播。這與作者先前發(fā)表的文獻[4-5]中利用射線理論解釋實驗結(jié)果有重大差別。作者沒有仔細甄別這兩種差別。實際情況下，海面上空氣由于溫度、風等因素的影響，其聲速分布并非均勻的。為進一步分析空氣中聲速分布對直升機激發(fā)的水下聲場的影響，本文將空氣中聲速分布假設為 Epstein分布[7-9]，海水和海底聲速分布假設為均勻分布，并利用波動方程求解聲場形式解，分析了聲壓場及振速場的特性。1 三層Peke
聲學技術(shù) 2017年6期2017-02-06
- 模式匹配法水下目標定位仿真研究?
建立，本文使用簡正波模型；第二部分介紹匹配場處理方法和匹配模處理方法的處理器；第三部分為兩種處理方法的實驗仿真；第四部分得出結(jié)論，并對未來研究做出展望。2 簡正波聲場計算假設海面和海底構(gòu)成一個平行的平面層，層內(nèi)介質(zhì)均勻且邊界是絕對邊界。如果層的厚度是H，橫軸r為距離，縱軸z為深度，這樣的邊界就可簡化為在無窮遠處行為可忽略。進一步假定，在層中所傳播的簡諧波對時間的關(guān)系為e－jwt，并且不考慮聲源的激發(fā)狀態(tài)，而只考慮層中波的一般行為，此時聲源的奇性條件也可不予
微處理機 2016年1期2016-11-21
- 淺海陣不變量和波導不變量關(guān)系的研究
的關(guān)系，可利用簡正波理論推導出陣不變量和波導不變量的關(guān)系式。利用2009年青島嶗山灣海試實驗垂直陣數(shù)據(jù)提取的陣不變量，以及通過實驗真實環(huán)境仿真得到的波導不變量，驗證了上述關(guān)系式。陣不變量和波導不變量關(guān)系的明確，理論上可以改善陣不變量測距精度，進一步擴大兩者的應用范圍。陣不變量；波導不變量；簡正波俯仰角在研究淺海波導聲場的干涉和多途結(jié)構(gòu)時，研究人員提出了波導不變量和陣不變量的概念，并被廣泛用于解決淺海聲源被動測距等實際問題。波導不變量最早是由S.D.Chup
海洋技術(shù)學報 2016年2期2016-10-25
- 利用寬帶引導聲源重構(gòu)拷貝聲場的目標聲源定位?
種方法主要基于簡正波估計和聲場重構(gòu)兩種關(guān)鍵技術(shù)，同時省去了匹配場定位技術(shù)中大量的拷貝聲場計算。數(shù)值仿真主要采用線性Bartlett匹配處理器分析了目標定位效果，在信噪比高于10 dB的情況下，定位效果良好。引導聲源，簡正波估計，聲場重構(gòu)，目標定位1 引言由于復雜的聲環(huán)境使得聲納技術(shù)受到明顯制約，目標定位技術(shù)在水聲研究領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的匹配場處理技術(shù)（Matched field processing，MFP）出現(xiàn)于上世紀80年代，在目標探測和三
應用聲學 2015年2期2015-10-28
- 淺海單模入射聲場目標回波特性研究
發(fā)出指定的單個簡正波聲場，可以降低海底混響干擾，簡化目標回波多途結(jié)構(gòu)，為主動探測提供了一種有效手段。在信道中點聲源目標回波模型基礎(chǔ)上，采用簡正波本征函數(shù)加權(quán)研究了單模聲場入射下球形目標散射問題，建立了淺海單模入射聲場目標回波預報模型，并利用模型對剛性球回波進行了數(shù)值計算。結(jié)果表明：總聲源級相同條件下，單模發(fā)射聲場與傳統(tǒng)的點聲源發(fā)射聲場相比具有一定的陣發(fā)射增益，目標回波具有較高的聲壓級；單模入射能夠消除單程多途的影響，回波結(jié)構(gòu)相對簡單，有利于目標的探測和識別
聲學技術(shù) 2015年1期2015-10-13
- 射線穩(wěn)定性參數(shù)與波導不變量?
6000)基于簡正波理論的波導不變量在聲傳播特性描述中已得到廣泛應用，而當環(huán)境與距離無關(guān)或存在輕微擾動時，基于射線理論的聲場特性可以用一個新的物理量—射線穩(wěn)定性參數(shù)來描述。本文通過簡正波干涉聲場數(shù)值模擬，通過分析簡正波相長干涉形成的能量包傳播路徑與射線傳播路徑相互關(guān)系，利用簡正波水平干涉結(jié)構(gòu)距離上的周期性與射線水平跨距相等的特點，采用簡潔方式證明了射線穩(wěn)定性參數(shù)與簡正波波導不變量間的等價性，從而在射線和簡正波理論中建立了一個新的聯(lián)系。對遠距離射線模型聲傳播
中國海洋大學學報（自然科學版） 2015年11期2015-06-01
- 距離域干涉譜反演海底參數(shù)方法研究
可以表示為各號簡正波的累加，對于聲強有：其中，式（1）中r為聲源到接收器的水平距離;zs和z分別為聲源和接收器的深度；ψn（z）為n號簡正波的本征函數(shù)；kn和βn分別為n號簡正波的水平波數(shù)和衰減系數(shù)。第1項為非相干項，隨距離和頻率緩慢變化；第2項為相干項，由于各號簡正波之間相互干涉，相干項會隨距離出現(xiàn)振蕩。當聲源頻率較低時，激發(fā)的簡正波的號數(shù)較少，相干項會在距離-頻率平面上表現(xiàn)出明顯的干涉條紋。從式（1）進行分析，對于某一固定頻率，聲場隨著距離的分布，有一
科技視界 2015年32期2015-04-24
- 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的海面噪聲預測算法
神經(jīng)網(wǎng)絡算法對簡正波模型進行改進，研究小角度范圍內(nèi)噪聲場的密度函數(shù)，并發(fā)散至大廣角范圍，得到海面噪聲以及噪聲信道的統(tǒng)計特性函數(shù)，并進行了實驗。關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡；簡正波；海面噪聲0引言隨著海洋開發(fā)的持續(xù)深入，船舶及探測系統(tǒng)已越來越向縱深發(fā)展。海底探測現(xiàn)行主要技術(shù)是聲吶探測，但是海洋環(huán)境噪聲對聲吶探測會造成一定干擾，所以對海洋噪聲的研究成為海洋探測領(lǐng)域中很重要的課題，在對目標物進行探測定位時，首先需要了解目標物周圍的噪聲場統(tǒng)計特性?，F(xiàn)在已發(fā)展了多種海洋噪聲預測
艦船科學技術(shù) 2015年2期2015-03-14
- 淺海中單矢量水聽器高分辨方位估計方法
制，首先推導出簡正波理論下單矢量水聽器的信號接收模型，然后將其與矢量最優(yōu)化理論相結(jié)合，同時針對環(huán)境失配和系統(tǒng)失配問題，設置合適的最優(yōu)化目標函數(shù)，獲取該優(yōu)化問題下的最優(yōu)權(quán)矢量，得到簡正波模型下的穩(wěn)健處理器形式，以提高對失配問題的適應性和穩(wěn)健性。1 單矢量水聽器的簡正波接收模型在理想情況下，N個遠場窄帶信號入射到空間L元陣列上，陣列接收窄帶信號的波達方向(DOA)數(shù)學模型為式中:A(θ)是空間陣列的L×N維流型矩陣，X(t)是陣列的L×1維快拍數(shù)據(jù)矢量，s(t
哈爾濱工程大學學報 2014年2期2014-08-26
- 不同權(quán)矢量下水聲低頻相控垂直陣遠程探測性能的研究
是“單模(單號簡正波)”激發(fā)的關(guān)健硬件設備之一，是伴隨這一新概念性技術(shù)而生的新工具。通過開環(huán)或閉環(huán)算法控制相控陣單元的幅度及延遲，經(jīng)聲波相互疊加，可形成穩(wěn)定的單模聲場或有一定指向的多模聲場，實現(xiàn)較高能效比的遠程目標探測?，F(xiàn)有的相控陣研究多集中在雷達方面，已經(jīng)非常成熟;在醫(yī)療超聲領(lǐng)域也有近三十年的研究歷史;在淺海水聲學方面，利用相控陣[1，2]進行單模激發(fā)的理論、實驗與應用研究才剛起步。自從上世紀70年代Bucker和Williams把簡正波理論(norma
應用聲學 2014年2期2014-07-30
- 傾斜海底情況下聲矢量場的計算
于拋物方程法和簡正波法對傾斜海底情況下的聲矢量場進行了計算，并根據(jù)計算結(jié)果對傾斜海底情況下聲矢量場的傳播特性進行了初步分析.2 傾斜海底情況下聲矢量場計算方法目前，適合水平變化海洋環(huán)境聲場計算的方法主要有兩種:拋物方程法［3］和簡正波法［4］，這里將這兩種方法進行推廣，使其能計算海洋環(huán)境水平變化時的聲矢量場.2.1 拋物方程法假設介質(zhì)密度ρ為常數(shù)，在柱坐標系下，簡諧點源產(chǎn)生的聲場滿足Helmholtz方程:其中p為聲壓，r和z分別表示水平距離和深度，ω是角
泰山學院學報 2014年3期2014-05-12
- 三元陣被動測距在淺海低頻條件下的聲速修正
真結(jié)果表明選用簡正波相速度用于距離解算能有效降低淺海低頻時三點被動測距方法的誤差。低頻聲場；淺海波導；三點被動測距；聲速選取0 引言為提高被動三元陣的測距[1-3]精度，國內(nèi)外學者對時延測量誤差和安裝精度誤差進行了深入研究，但對于速度參數(shù)的選取問題卻鮮有問津。之前的應用中由于聲吶工作頻段較高，距離解算的速度項一般取海水聲速。目前隨著聲吶技術(shù)的發(fā)展和遠距離探測的需要，低頻化已成為聲吶發(fā)展的方向。頻率降低后，淺海波導聲傳播中簡正波的相速度、群速度與海水聲速的差
聲學技術(shù) 2014年6期2014-05-11
- 水平線列陣的最佳工作深度選擇＊
22）1 引言簡正波模型采用簡正波模式表示Helmholtz方程的解。Perkeris最早將該方法引入到水聲學中，并詳細地研究了Perkeris波導的聲傳播問題。隨著數(shù)值計算技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在可以對任意邊界條件和多分層邊界條件進行求解。因此，簡正波模型在水聲學中的應用越來越廣泛。傳統(tǒng)的聲納都要依托艦艇平臺，因而受到許多限制，拖曳變深聲納的出現(xiàn)，部分地突破了上述局限。為擴展陣列聲納孔徑，變深聲納的拖體逐漸演變成數(shù)百米的長線陣列，形成了拖曳線陣列聲納。研究線
艦船電子工程 2013年5期2013-11-23
- 聲在隨機介質(zhì)波導中的傳播
)為第n階局地簡正波，并應滿足下列方程式與邊界條件:將Zn寫為ε的冪級數(shù)，即將此表示代入式(4)，按照ε的同冪次項進行整理后，可分別得到:上述公式及今后為了書寫簡便起見，對φ、ψ、Z等函數(shù)，當其有關(guān)公式基本相同時，即省略各函數(shù)的肩標，而不再分別列出.已知對兩層均勻介質(zhì)的Pekeris波導有:根據(jù)式(12)、(13)求解聲場的一次近似時，可選用以下函數(shù)做為微分方程的2個線性獨立解:依照二階微分方程求特解的方法，最后可得其中:Λn、Δn均為與隨機量無關(guān)的確定性
哈爾濱工程大學學報 2012年5期2012-04-13
- 海洋聲學層析及其研究中的一種新方法*
射線傳播時間、簡正波傳播時間、簡正波相位等角度闡述了海洋聲學層析研究中對海洋監(jiān)測的具體實現(xiàn)方法。針對目前海洋聲學層析研究的現(xiàn)狀和不足之處提出了一種新的方法,利用聲場的耦合簡正波理論進行淺海聲學層析研究。海洋聲學層析;聲場簡正波耦合;聲傳播;淺海聲學海洋聲學層析(Ocean Acoustic Tomography)作為利用聲學手段對海洋內(nèi)部現(xiàn)象和過程進行研究的一種技術(shù),自1979年由Munk W and Wunsch C[1]提出后,在海洋學界和聲學界科學家
濰坊學院學報 2010年4期2010-10-09
- 水聲傳播建模研究現(xiàn)狀綜述
論和水平分層的簡正波理論，它們處理問題的能力很有限，只能計算水平不變問題。從20世紀70年代開始，出現(xiàn)了拋物方程理論及耦合簡正波理論，可以處理水平變化的二維聲傳播問題。近半個世紀以來，國內(nèi)外都投入了相當大的力量，在建模理論和相應的計算方法方面取得了重大進展。1 各類聲傳播建模理論現(xiàn)狀聲波在海洋中的傳播滿足最基本的波動方程，但由于海洋環(huán)境條件的復雜多變，聲信號在海洋信道中的傳遞存在著強烈的畸變和漲落，海水中的聲場分布也非常復雜。為了能夠反映出海洋環(huán)境因素對聲
海洋技術(shù)學報 2010年4期2010-04-10