整车薄弱路径分析及关键路径优化

通过整车PBNR (Power Based Noise Reduction)测试结果分析识别出整车主要噪声薄弱路径——前围总成,之后通过对关键路径进行优化和试验验证。优化后的测试结果显示整体隔声性能提升了3 dB,高频段更是显著提升了6 dB。在80 km/h匀速工况下,车内语音清晰度提升了1.52%。隔声效果提升明显,对后续车型的开发有很好的参考价值。

基于Biot理论的饱和砂质沉积物声传播模型及耗散机制分析

为研究海底浅表砂质沉积物的频散特性,利用由多孔介质理论发展而来的Biot模型、Biot-Stoll模型和附加接触喷流与剪切拖曳的Biot-Stoll模型(BICSQS模型),对比三种声传播模型描述下的典型砂质沉积物中纵波和横波频散特性,分析了模型中不同耗散机制对其声频散关系的影响;结合实测数据探讨了各模型对砂质沉积物的适用性。结果表明,沉积物的声频散特性是不同耗散机制共同作用的结果,不同频段内的主要耗散机制不同,相同频段内耗散机制对纵波和横波的传播影响亦不同;随着频率的增加,相比Biot和Biot-Stoll模型的预测结果,砂质沉积物的实测声速和衰减系数表现出更高的频散趋势,而BICSQS模型可更合理地预测和解释试验现象,适用性更好。

全球中尺度涡旋分裂合并现象的特征统计研究

中尺度涡旋分裂与合并过程等涡旋之间相互作用的研究是海洋学研究的热点。本文以Eddy Graph方法为基础,基于海表面高度异常数据,利用高效率并行计算方法,构建全球中尺度涡旋分裂与合并追踪数据集(Global Eddy Graphs, DOI:10.12237/casearth.63369940819aec34df2674d8)。基于此数据集,本文开展了对全球涡旋分裂合并统计特征的研究。研究表明,在涡旋的生命周期中,分裂与合并现象普遍存在。将分裂与合并纳入涡旋追踪过程,能够将几条简单线性的涡旋轨迹连接在一起,找出涡旋真正的起止点与生命周期,具体表现为起点聚集在大洋海盆东岸,终点聚集在大洋海盆西岸;长寿命涡旋占比与平均寿命均有提高。此外,本文还对涡旋分裂合并典型事件进行筛选与统计,对分裂合并过程中涡旋内部的海表面温度和海表面盐度进行归一化与复合平均,探究了涡旋分裂与合并现象对海表面温度与海表面盐度的影响。

基于简化内波方程的光学隐蔽深度模型建立与分析

非均匀海水条件下,光学隐蔽深度模型(OCD_LAYER)建立在海水按照垂直线上分割成光学特性近似的相似层的基础之上,为了研究海洋内波条件下OCD_LAYER模型的适用性,根据对比度和两层流体内孤立波KDV方程,通过构造内波垂向结构,计算出位移均方根最大层为内波简化两层界面,并依此建立内波简化模型条件下光学隐蔽深度模型(OCD_KDV)。计算并分析了水下航行体表面反射比、海水衰减系数、观察天顶角、空气消光系数变化对内波简化模型条件下光学隐蔽深度模型的影响。结果表明,在最高探测概率下,特征尺度为36m的水下航行体光学隐蔽深度在深远海海水中数值为36.79m;在近海海水中数值为22.08m;在沿岸海水中数值为11.04m。实验结果为水下航行体光学隐蔽性提供了重要理论参考。

约束阻尼夹层结构透声窗声学性能研究

针对高透声、低噪声的透声窗结构设计问题,文章采用五层约束阻尼夹层结构的透声窗设计;基于传递矩阵法,推导了五层约束阻尼夹层结构的透声率的理论计算公式,同时开展了五层约束阻尼夹层结构透声窗透声性能试验,从而验证了理论公式的可靠性;基于理论公式系统地研究了不同设计参数对透声窗透声性能的影响规律。研究结果表明:五层约束阻尼夹层结构透声窗的透声率随着频率的增加呈周期性变化,且整体呈下降趋势;约束阻尼层厚度的增加会改变透声性能的周期性变化规律;在中间层不变的情况下,透声性能的铺层顺序具有对称性。

水下滑翔机布放回收技术研究现状和趋势

水下滑翔机安全快速的布放回收是水下滑翔机稳健高效执行任务的基础。为水下滑翔机配备安全可靠的布放回收系统是水下滑翔机大规模部署和应用的前提。文章搜集整理国内外水下滑翔机布放回收技术,包括直接吊放式、托架式、滑轨式、牵引绳式、水面无人船/遥控潜水器(ROV)辅助回收式等以及几种方法优势组合,结合不同型号滑翔机详细展开分析不同布放回收技术的优缺点,总结水下滑翔机布放回收的难点和关键技术及引申的科学研究问题,并探讨未来水下滑翔机布放回收的发展趋势。分析结果可为研究和设计安全快速、智能自主的水下滑翔机布放回收系统提供思路,具有一定参考价值。

基于海表温度遥感资料重构的热带不稳定波特征分析

[目的]研究赤道东太平洋热带不稳定波(tropical instability waves,TIWs)的时空分布特征及其驱动机制.[方法]利用数据插值经验正交函数方法对MODIS卫星2003-2018年赤道东太平洋海表面温度(sea surface temperature,SST)数据进行重构,进而提取TIWs的波长和速度,并分析其时空分布特征以及与赤道风场和流场的关系.[结果]研究发现:TIWs在纬向上呈正负相位交替分布,在经向上则表现为双峰结构.季节性方面,TIWs在3-5月强度最弱,而在8-10月强度最强.纬向风场通过影响赤道纬向流场,特别是南赤道流(South Equatorial Current,SEC)的北分支(SEC-N)和北赤道逆流(North Equatorial Countercurrent,NECC)的剪切调控TIWs的生成;经向风场则通过调制“冷舌”边缘的SST梯度影响TIWs的生成.在年际尺度上,TIWs在厄尔尼诺(El Nino)年受到抑制,在拉尼娜(La Nina)年得到加强.纬向风场、纬向流场和TIWs三者的异常均超前于厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)指数所刻画的赤道东太平洋SST异常,这表明纬向风场影响下的纬向流场剪切同样驱动TIWs的年际变化.NECC上空纬向风异常较弱,而SEC-N上空纬向风异常较强,这使得SEC-N年际变化主导流场剪切的强度,对TIWs的年际特征有重要作用.[结论]这一发现强调了大气风场和海洋动力过程共同驱动TIWs的季节性特征和年际变化.

基于核空间联合稀疏表示和指数平滑的多基地水下小目标识别

针对多基地水下小目标分类识别问题,本文提出了一种基于核空间联合稀疏表示和指数平滑的多基地水下小目标识别方法 .对水下目标多角度散射信号提取6种典型的具有信息互补性和关联性的特征,提出一种随机森林(Random Forest,RF)和最小冗余最大相关(minimum Redundancy and Maximum Relevance,mRMR)相结合的特征选择方法(RF-mRMR),得出综合的特征重要性排序结果 .通过实验得出分类模型所需的最优特征子集,达到降低数据处理复杂度和提高目标分类结果的目的 .为了捕捉到数据中的高阶结构,在联合稀疏表示模型的基础上,使用核函数将线性不可分的特征数据映射到高维核特征空间.为了充分挖掘稀疏重构后包含在残差波段中的有用信息,使用指数平滑公式对具有一定意义的残差信息进行再利用,最后由核特征空间下的最小误差准则判定目标的类别.应用本文提出的方法对4类目标的海试数据进行识别,结果表明,相较于其他7种对比算法,本文提出的改进方法具有更好的分类性能,而且大多数情况下,本文提出的算法在双基地声呐模式下具有比单基地声呐更高的识别准确率和更低的虚警率.

深海声影区时频谱干涉结构与声源定位

被动声呐探测位于深海声影区的水面舰船辐射噪声时,接收信噪比通常较低,导致声源被动定位方法的性能较差。针对这一问题,提出一种利用接收信号时频谱干涉结构的声源距离和径向速度联合估计方法。首先根据射线声学理论,建立时频谱沿频率轴和时间轴的干涉条纹周期与声源距离和径向速度的关系,然后对接收信号时频谱进行二维傅里叶变换和多频带处理以估计上述干涉条纹周期,最后解算声源距离和径向速度。仿真和海试数据处理结果表明,相比于现有利用接收信号自相关的声源距离估计方法,该文利用时频谱二维傅里叶变换的声源定位方法具有较好的稳健性,比较适用于低信噪比条件下的声源被动定位。

基于PIES观测东沙群岛附近声传播变化

本研究旨在将PIES观测数据应用于海洋水声环境的监测。利用一次南海PIES观测数据,反演得到温盐剖面,进而计算声场信息。结合观测期间的暖涡及台风事件对反演及计算结果进行了分析验证。结果表明,PIES能够在长期连续观测中较为敏感地捕获上层水体及表面声道的变化特征,为水声通信、探测及潜航路径规划等提供参考,在水声研究及海洋军事环境保障中都具有良好的应用前景。

南海夏季沿岸内波与定点声起伏特征分析

利用2020年6月海南岛沿岸试验数据,分析内波及声能量起伏特征。试验海域以全日潮内波为主,并伴随有高频内波活动。内波活动引起360 Hz单频信号20 km定点声起伏峰峰值超过30 dB,320~400 Hz线性调频信号起伏峰峰值超过15 dB。利用测量数据结合数值仿真,讨论了内波引起单频信号和线性调频信号呈现不同起伏特征的原因。结果表明:试验海域内波活动导致单频声场模态间干涉条纹出现移动,进而导致接收位置处特定频率的声能量出现大幅度的快速起伏;由于带宽内的平均作用,宽带信号的能量起伏远小于单频信号的能量起伏。当内波传播速度变化时,各内波成分在声传播路径上出现的时间和位置发生了变化,使得声场出现剧烈起伏的时间也随之变化。

水下珊瑚双向反射率观测技术的研究

遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,对于遥感高精度监测浅水海区底质具有重要意义,在满足遥感对复杂底质类型精确区分的同时能做到对底质更细微的动态变化监测。采用双通道同步测量的方法,设计了一套简便的海底底质双向反射率测量系统,获取了水下珊瑚及细沙底质的反射率特征数据。在大亚湾海域开展了现场测量,数据分析表明:(1)岸上沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时(θ=20°,40°或60°),不同方位角(θ=0°,45°,135°,180°,225°和315°)所测得的反射率值标准偏差小于1.5%;当方位角不变时(θ=0°,45°,135°,180°,225°或315°),不同天顶角上的反射率值标准偏差均不大于1.7%,表明岸上沙质的BRDF变化较小,具有朗伯体特性;水下沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时,不同方位角所测得的反射率值标准偏差随着波长的增大而增大;在400 nm时,反射率值的标准偏差为3.8%,在700 nm时,反射率值标准偏差递增至12%。水下沙质的BRDF表现为各向同性特征。(2)水下珊瑚BRDF特征:在天顶角不变时,不同方位角上所测得的反射率值标准偏差随着波长的增加呈现先增加后减小,而后激增的趋势。从400到605 nm,标准偏差从1%升至2%,而后从605到675 nm,标准偏差从2%降至1.2%,在675~700 nm,标准偏差从1.2%增至4.9%。现场测试数据分析结果表明本套水底双向反射测量系统能有效测量多种海底底质的反射光谱。通过现场获取的测量数据,对沙质和珊瑚两种典型底质的反射率光谱及BRDF进行了初步分析,为后续采用遥感手段反演浅水区底质及动态变化(如,珊瑚生长状态)提供多种底质多观测角度的反射率光谱特征。

南海大陆坡海底对海洋环境噪声的影响

通过位于大陆坡上和深海处的两站点相同深度噪声实验数据,分析了大陆坡海域不同海底环境对海洋环境噪声的影响,并利用三维射线模型计算了不同海底条件下的噪声谱级和垂直指向性,进而研究了海底环境对环境噪声场的影响规律,数值仿真的噪声谱级和实验结果在绝对幅值和随频率变化趋势方面均符合较好。实验和仿真结果表明,由于大陆坡上坡方向的浅海环境不利于航船噪声远距离传播,因此大陆坡上站点的低频(300 Hz以下)噪声谱级较深海处更低;由于大陆坡海底底质较硬,海面高频风生噪声除了直达接收器外还可经海底反射后到达,因此大陆坡上站点的高频(1 kHz以上)噪声谱级较深海处高且随频率下降缓慢,导致大陆坡上和深海处的环境噪声谱级曲线随着频率增加会存在交叉现象。

利用低声速沉积层反射特性线性反演地声参数

为提高反演效率和降低地声参数耦合,提出一种线性反演低声速沉积层地声参数的方法。从类线性声速剖面的两层海底平面波反射系数出发,分析了全透射角及全透射角下最大反射损失、干涉条纹等反射特性与各相关地声参数的关系,并构建了相应的代价函数。结合敏感性分析和分步反演策略,分步反演了低声速沉积层地声参数。该方法适用于低声速沉积层声速梯度恒定的情况。利用新英格兰泥地实验部分海底反射损失数据进行了实验验证。实验反演结果与相关跨维反演结果基本一致,反演误差分别为声速比0.1%,密度比0.3%,吸收系数14.6%,声速梯度为15.8%。反演效果显示,该方法一定程度上规避了部分地声参数间的耦合,且可给出决定类线性声速剖面形状的幂次项的最佳估计。

基于谱元法的复杂海洋空间甚低频声传播特征研究

围绕甚低频水下声传播特性以及海底地形对其影响,利用谱元法开展复杂海洋空间声场仿真研究。构建了计入海底复杂流−固耦合的轴对称模型实现谱元法中的点声源激发和全波模拟。通过时域和时频域分析发现,Scholte波多次通过阶梯状上坡地形后,能量结构稳定,脉冲宽度和频带范围都没有显著变化。甚低频声波传播特性同时受整体地形和局部起伏影响。近似真实海底地形,如阶梯状地形条件下的声传播损失特性无法简单地用单一对数表达式有效描述。浅海阶梯状上坡地形软质海底中,声源接近海底时激发的界面波向远处传播的能力优于水中声波。软质海底水平海洋空间中有效激发并接收界面波模态时,整体的声传播损失近似于柱面扩展。

柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法

直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。

基于深度神经网络的CALIOP透明云下海面风速反演

构建了一种适用于CALIOP透明云下数据的深度神经网络模型,用于反演海面风速。通过使用2017年1、4、7、10月的CALIOP夜间数据和准同步的AMSR-2风速数据对模型进行训练,然后将该模型应用于2018年1—9月的夜间云下数据,实现海面风速的反演。与无云数据对比,所得反演结果表明精度接近,标准偏差最大为0.89 m/s,最低相关系数为0.94。在引入ERA5有效波高数据后,反演精度进一步提升,标准偏差最大为0.68 m/s,相关系数达到0.96以上。研究结果表明,透明云下数据同样可用于风速反演,深度神经网络能够有效地从CALIOP数据中提取风速信息,并结合有效波高数据进一步提高反演精度。

浅海粗糙海底声散射建模及声场特性

声散射是海洋声学的重要内容,海底表面的不平整性形成的声散射是海洋中引起声传播起伏的原因之一.针对海底表面粗糙度声散射问题,建立了水平分层浅海波导中海底散射声场模型.该模型将简正波理论与Lambert定律相结合.基于该模型获得了散射声场声压的振幅与相位的统计分布,并数值模拟了海底散射声场的强度及其空间相关系数,实现了粗糙界面条件下海底散射声场预报,揭示了散射声场空间特性随海底粗糙度的变化规律.结果表明,使用Lambert定律描述粗糙界面声散射时,在海底粗糙度小于波长情况下,随着空间距离的增大,空间两个不同位置的散射声场的空间相关系数具有周期性振荡衰减的变化规律,并且在垂直方向上,振荡周期更大,衰减更慢.当粗糙度增大时,水平和垂直相关系数振荡幅度逐渐增大,水平相关系数振荡周期数逐渐减少,在接收点逐渐靠近海底时,垂直相关系数不再发生衰减,这是海底声散射减弱的结果.本文模型理论亦可推广到粗糙海面的声散射建模中.对于非水平海底情况,采用耦合简正波或绝热简正波理论进行声传播建模,可以得到距离有关波导中粗糙界面的散射声场.

浅海环境中用于目标深度属性判别的线谱起伏特征量分析

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出发,采用微分方法与统计方法对线谱起伏规律进行分析,研究了线谱起伏产生的物理机理,得到了适合用于水面、水下目标深度属性判别的物理量.首先,分别推导了复声压实部、声功率与声压幅值关于声源深度的导数关系式,得到了以上三种物理量在声源深度起伏时的起伏大小;其次,利用仿真实验数据从接收深度、声源水平距离、线谱频率等层面对理论推导进行验证,并对线谱的归一化起伏特征进行了分析.最后,利用海试数据验证了相关结论.结果表明,当声源的深度起伏时,水面、水下线谱的起伏差异源自各阶模态的相互作用.声源频率、声源水平距离、接收深度三种因素决定了模态间相互作用的性质.声压幅值适用于构建目标深度属性判别特征量,可用于表征低频线谱的强度起伏差异.数值仿真和海试数据处理结果表明,相较于声压实部和声功率,利用声压幅值构建的归一化水面、水下目标深度属性判别特征量具有更优性能.

基于多层水平变化浅海海底模型的低频反演方法

准确获取海底声学参数对声场分析、声纳应用等具有重要意义.反演是获取海底声学参数的重要手段之一.为了避免反演中的多值问题,地声反演往往尽量减少待反演参数,多采用单层或双层水平不变地声模型,反演后的声学参数仅能在有限频段应用,难以同时应用于较宽频段.本文以实验中浅地层剖面仪测量的海底沉积层分层结构为基础建立地声模型,采用多物理量分步联合手段反演各沉积层声学参数,并通过匹配场定位、后验概率分析、采样等手段对反演结果进行验证.将反演结果与单层等效地声模型反演结果进行对比分析,结果说明,本文建立的多层水平变化海底声学参数更接近真实情况,可以应用在较宽频段范围,解释不同声学现象,且精度更高.