基于可靠声路径的深海声场垂直相关性研究

可靠声路径(Reliable Acoustic Path,RAP)是深海中的一种重要声信道,在总结可靠声路径物理机理及探测优势的基础上,采用射线模型分析了RAP声信道内水听器接收声线的结构特性,计算了32基元垂直线列阵接收信号的相关性随声源距离的变化,仿真结果显示在中程探测距离内信号垂直相关性将出现衰落。结合这一现象深入探究了多途效应对声场垂直相关性的影响,揭示了多途传播中能量较强的波在不同基元上的到达时间差是影响垂直相关性的最主要因素,最后利用以上分析对RAP声信道内垂直阵列的布放、设计及增益分析提出了建议。

深海海洋环境噪声垂直相关性研究

海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,其空间结构特性是影响水声系统的重要因素之一。在风成海洋环境噪声波数积分模型的基础上,对深海噪声场的垂直相关性进行了研究。通过数值仿真讨论了深海环境下,海底声速、衰减系数、海面噪声源深度及接收器深度对均匀分布于海面附近的噪声源的垂直相关性的影响。仿真结果表明:噪声场的垂直相关随海底声速、衰减系数和接收器的绝对深度的变化较小;高频噪声的垂直相关性对噪声源的深度较敏感,低频噪声的垂直相关性受噪声源深度的影响几乎可以忽略。在此基础上,分析了某次海试噪声数据,并结合数值计算结果对实验测得噪声数据的垂直相关性进行了合理的解释。

深海海底混响仿真及空间垂直相关性分析

海洋混响是影响主动声纳性能的主要因素之一。研究表明海洋中的各种散射体分布的随机性造成了散射声波相位的随机性,这使得混响是一个空变的随机过程。混响的空间相关性作为混响的统计特性之一成为了声纳设计师十分关心的问题。本文基于射线声学,给出深海混响信号的仿真模型。与浅海信道相比,深海条件下,海深足够大,不同多途传播路径的声线混响时间不同,这使得他们在时间上能够分开,另外深海信道中的声影区和汇聚区也是影响散射声波空间分布的重要因素。本文考虑了深海声道的特性,重点研究了声波频率、水听器间距对混响信号垂直相关特性的影响。仿真结果表明:混响的垂直相关特性受深海信道影响强烈。声波频率、水听器之间的空间距离都是混响空间相关特性的重要影响因素。

表面声道对深海风成噪声垂直空间特性的影响规律

水下风成噪声的垂直空间特性包括噪声垂直方向性和垂直相关性,研究海洋环境对其影响规律对提升声呐性能、增加海洋环境参数反演的准确性具有重要意义.本文利用Pekeris割线下的简正波理论描述噪声的传播过程,研究了深海环境下存在表面声道时,表面声道以下噪声垂直空间特性的变化规律及其原因.研究表明,在临界深度以上,表面声道的存在导致噪声垂直方向性在水平凹槽边缘靠近海底方向上的峰值升高,噪声垂直相关性随垂直距离增加先后周期地向正相干和负相干方向偏移;在临界深度以下,表面声道的存在导致水平方向上的噪声能量增强,噪声垂直相关性整体向正相干方向偏移.当表面声道的参数变化时,表面声道的厚度变化对噪声垂直空间特性影响较大,而表面声道内的声速梯度变化对噪声垂直空间特性几乎没有影响.结合各类简正波的变化分析表明,存在表面声道时,噪声源激发的折射简正波阶数增加,强度增强,是表面声道引起噪声垂直空间特性变化的主要原因.

涡旋对深海风成噪声垂直空间特性的影响

涡旋是深海环境中频繁出现的海洋现象,它会引起上层海水的声速扰动,改变海面风成噪声的传播过程,最终导致噪声场特性异常.本文采用高斯涡模型描述涡旋引起的声速扰动,分别使用射线和抛物方程模型描述近场和远场噪声信号的传播,研究了涡旋对其水平中心位置不同深度上的风成噪声垂直空间特性(包括噪声垂直方向性和垂直相关性)的影响.研究表明:1)在涡心深度上,涡旋对噪声垂直空间特性的影响最大,其中冷涡导致噪声垂直方向性中水平凹槽的宽度增加,凹槽下边缘峰值的高度降低,噪声垂直相关性减弱,暖涡的影响反之;2)在远离涡心的深度上,涡旋对噪声垂直空间特性的影响减小,冷涡和暖涡分别仅引起噪声垂直方向性中水平凹槽下边缘峰值的高度升高和降低,对噪声垂直相关性几乎没有影响;3)涡旋对噪声垂直空间特性的影响均随其绝对强度增大而增强.针对以上现象,使用射线逆推方法分析了涡旋影响噪声垂直空间特性的机理.该方法由噪声接收点发射声线,利用声场互易性分析噪声沿声线反向到达接收点的俯仰角和能量大小.分析表明,存在涡旋时,噪声沿海面反射声线反向到达接收点的俯仰角和能量变化,是引起噪声垂直空间特性变化的主要原因.此外,仿真表明,当接收点偏离涡旋水平中心但两者距离较近时,研究中的分析和结论仍是近似成立的.

多线阵波束域相关处理方法研究

研究了基阵接收信号的相关性与阵增益和定向精度的关系。在存在干扰条件下,分析了阵增益与信噪比、干噪比以及信号与干扰的到达角间隔的关系。指出只有当信噪比足够大时,阵增益才趋于理想的10log10(M)阵增益(M为阵元数),并推导了估计定向精度的分析表达式。在特定浅海声传播条件下,分析了多线阵的水平和垂直相关性,并利用信号的相关性提出一种不依赖于多线阵阵形监测的相关波束检测方法。

自组织量子点各向异性弹性应变场的数值分析

用数值方法计算了量子点的各向异性弹性应变场，得到了对应不同各向异性度的量子点弹性应变场的分布云图和沿量子点对称轴横向、纵向应变、静水应变和双轴应变变化曲线图，讨论了各向异性弹性应变场对量子点超晶格生长时的垂直相关性和量子点电子结构的影响。