三维温度梯度场中本征声线轨迹的求取

为了降低声波在温度梯度场中的折射现象对声学CT法温度场重建精度的影响,研究了温度梯度场中声波的真实传播路径,即本征声线轨迹,提出了一种三维本征声线出射角确定法.利用正三棱锥前向展开法,在单峰、双峰模型温度场中进行了三维本征声线追踪.结果表明,三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲,该三维本征声线轨迹求取法可用于复杂三维温度场中实际声线轨迹的确定,并有望应用于三维温度场声学CT重建系统中.

实测时变深海声速剖面对声线到达结构影响的分析

在对水下目标进行探测时,往往需要先对目标所在海域的声场进行测量,从而极大地提高了探测目标的成本。该文探讨了同一地理位置处,使用公开声速数据和实测声速数据、不同时间段测量的实测声速数据场景下,声线到达结构的差异,从而揭示时变深海声速剖面变化对声波传播的影响,以期优化声学测量作业流程,降低实验成本。计算结果显示,当存在直达声线时,临近几日测量的声速剖面数据可满足声传播距离测量的要求,否则,需要对声速剖面重新测定。

简化声速剖面的声线精度损失极小准则及遗传算法

高精度水下导航定位为提高计算效率通常需要对声速剖面进行适度简化。简化声速剖面一方面涉及复杂组合优化问题,另一方面需要考虑简化导致的声线精度损失。本文构建了简化声速剖面的声线精度损失极小准则,并利用遗传算法求解该极小准则所涉及的组合优化问题。结果表明,相比简化声速剖面的MOV法与面积差法,本文算法可在有效控制声线精度损失的前提下,确定声速剖面简化层数,实现声速剖面简化的全局优化。

基于声线跟踪法的汽车喇叭近场声压仿真

为解决基于实车测试的汽车喇叭选型方法存在滞后,影响车型量产进度的问题,提出了一种基于声线跟踪法的汽车喇叭近场声压仿真方法。以某轿车为研究对象,提取车体外表面硬壁板数据,在VAOne软件中建立声线跟踪法求解模型,由逆矩阵模块得到喇叭的声功率,并将喇叭声功率加载到声线跟踪法求解模型计算得到喇叭近场声压。将喇叭近场声压仿真结果与试验结果进行对比,结果表明:应用声线跟踪法计算得到的喇叭近场声压与试验结果吻合度较好,可在车型开发前期为喇叭选型提供依据。

基于声线跟踪法的车体表面声载荷仿真

为解决用整车统计能量模型进行声学包开发时仿真精度低、试验投入大的问题,提出了一种基于声线跟踪法计算车体表面声载荷的方法。首先,提取车体外表面硬壁板,在VAOne软件中建立声线跟踪法求解模型;其次,测试得到车体关键声源的噪声值;最后,将关键噪声源加载到声线跟踪法求解模型计算得到车体表面声载荷。以某SUV车型为研究对象,进行车体表面声载荷计算,并与试验测试结果进行对比,结果表明:应用声线跟踪法计算得到的车体表面声载荷与试验值一致性较好,可提高声学包开发的仿真精度。

几种沉积层参数对声线到达结构的影响

本文基于Bellhop声线模型研究了沉积层密度、声速、传播损失系数等几种主要参数对声线到达结构的影响。采用反射系数描述声线与沉积层的相互作用 ,仿真研究了声线到达结构随沉积层参数变化的关系 ,结果表明 :在水中的声速剖面先验已知的条件下 ,几种主要沉积层参数值在一定范围内改变时 ,对声线到达结构的影响较小。

分层海洋介质中本征声线的快速计算

本文提供一种在恒定水深的水平分层海洋中快速计算本征声线的方法．该方法引入声线跨度的概念，将本征声线分解为若干声统跨度的组合，并以声线常数为自变量建立声线组合方程．利用牛顿下山法送代求解该方程得到本征声线，极大地提高了计算效率．给定海深、声速剖面、声源距离、深度及接收器深度等参数时，应用本方法可以计算出若干条本征声线的出射角、到达接收位置时的入射角和传播时间．若附加声源的辐射频率和海底底质等信息，还可以计算出到达声线所携带声波的声强与相位．这样应用经典射线声学的方法就可简明描述声场分布．本方法已在IBMPC微机上实现．它对许多海洋射线声学问题的研究有所助益，在深海远程目标定位、衰落信道中编码信号的传播预报等方面预期有广泛用途．

基于声线跟踪法对闭空间声场预测的接收球半径计算

接收球半径是采用声线跟踪法进行声场预测的一个重要参数。以前所用到的接收球半径一般是通过经验估计得到的,缺乏详细的理论分析。本文从声波传播机理角度分析了根据声线密度来确定接收球半径的原因,并推导了矩形闭空间中声线密度和接收球半径的计算方法。声线密度可以通过原始声线数目,声场空间体积与形状,边界吸声系数来确定。在一给定闭空间里,声线密度可看作是均匀分布的,所以接收球半径与空间位置无关,可看作是一个常数。但对不同的声场空间来说,由于空间体积、形状和吸声系数的变化,声线密度是不同的,因此接收球半径也会不同。声线密度越大,接收球半径越小;声线密度越小,接收球半径越大。实验表明,所提出的接收球模型能用来较准确地预测闭空间里的声压级和混响时间等声学参数。

一种基于声线理论计算非相干平均声场的方法

由于计算量的问题,使用简正波方法解算高频段水声传播损失场受到很大的限制。传统射线声线方法虽然在解算速度方面具有优势,但常会引入一些奇异点。为此提出一种基于声线理论计算平均声场的快速算法—声线分组法。此方法无需进行本征声线解算,而是通过对发射声线分组,并对各组声线束损失因子在距离深度平面分格内的加权平均进行非相干求和计算平均声场矩阵。声线分组法与现有由BELLHOP程序实现的有限元方法相比计算结果具有很好的一致性,并且能够避免奇异点的产生,同时解算速度可以提高30%以上。

一种基于有穷状态自动机的二维浅海声线追踪方法

给出了一种二维的浅海声线追踪方法,解决了声线的反射、折射、全反射等问题并快速地找出声线的路径。对于单步的声线追踪,声速剖面假定为水深的函数,利用Snell定律进行单步求算。用有穷状态自动机对浅海的声线追踪建模,给出了浅海声线追踪内在的状态及状态转移分析。同时,给出了本征声线搜取的方法。最后通过对特定声速剖面情况的数值解值和解析解值进行比较,验证了该方法的正确性,并且讨论了应用该方法应该注意的问题和方法中还有待解决的问题。数值仿真实验结果表明,这种方法能够追踪浅海声线路径,其数值解精度达10-4.该方法在匹配场层析、目标跟踪定位和其它领域的射线跟踪有着应用前景。

基于声线法的车载音响系统仿真及关键影响因素分析

车载音响系统是主动发声、主动降噪功能的核心部件。为了对车载音响系统的声学特性进行分析,需要使用仿真手段研究其频率响应和车内声场的传播特性。由于车载音响系统的频率响应特性具有宽频带特性,传统的声场仿真分析方法如有限元法无法覆盖车载音响系统全频段。为了解决该问题,引入建筑声学中常用的声线法,探讨了基于声线法的车载音响系统仿真及车内声场分析的可行性和适用范围。基于声线法建立整车音响系统模型并与实测频率响应对比,对误差原因进行分析。研究结果表明,整车的高频泄露、玻璃的透声和声源指向性是影响车载音响系统仿真结果的主要影响因素。

声跃层控制声线传播弯曲模型的构建

基于斯涅耳折射定律,将海水垂向等分成若干层,利用傅里叶步近算法,构建受声速剖面唯一控制的声线传播弯曲模型。将该模型用于模拟研究不同浅海声跃层类型对声线传播弯曲的影响,得出声线波长和轨迹长度按负跃层、无跃层、正跃层的顺序逐渐增加。并利用该模型定量研究跃层深度、跃层强度、跃层厚度三特征参量对声线传播弯曲的影响,得出负跃层强度越大、厚度越大、深度越浅,声线弯曲越大,波长越小。正跃层三特征参量对声线作用相反。

本征声线的一种求取方法

本文介绍了一种求取本征声线的方法,并给出了算例.

基于BELLHOP声线模型的水声信道特性研究

论文以BELLHOP声线模型为理论研究依据,研究了水声信道的相关特性。首先详细地讲述了BELLHOP声线模型的基本原理,推导了声线方程的基本公式,并以此公式作为BELLHOP计算的理论依据;接着运用BELLHOP计算了10条声线的传播路径;而后研究了声线的传播损失和时延随传播距离的变化关系;其次研究了海底反射损失与海底掠射角的变化关系;然后研究了声线的传播损失与深度的变化关系;最后研究了声线传播损失随传播距离的变化关系。

顾及声线高度角的水下定位随机模型优化

先验随机模型本身的误差会给参数估计带来随机性影响,水下定位等权随机模型简单却不符合实际。基于这一事实,在水下声纳定位模型和随机模型基础上,讨论了随机模型不完善对参数估计的影响。考虑了影响定位主要误差源与高度角之间的关系,结合统计经验提出了基于声线高度角相关的水下定位随机模型。试验表明,优化后的高度角相关随机模型在定位精度上较等权随机模型有所提高。因此,在水下定位中,应减少低高度角观测值的权重,利用提出的随机模型可以减小高度角观测误差对定位精度的影响。

基于声线到达时差的浅海声速剖面反演

提出了采用声线到达单个水听器到达时间差反演浅海声速剖面的方法，并给出了具体算法。根据仿真观测数据，采用该方法反演得到声速剖面与声速剖面真值之间误差的均方根为＝1.04 m/s、平均值为1．87 m/s。研究结果表明该反演方法可以用于反演浅海声速剖面。

顾及姿态角的多波束声线精确跟踪方法

传统声线跟踪方法中波束初始入射角的计算采用理想状态下多波束提供的波束分配角,未顾及或未完全顾及船体姿态角的影响进而导致波束海底投射点归位计算带入显著性误差问题。针对此问提出了一种顾及姿态角影响的声线精确跟踪方法,该方法通过研究船体姿态影响下的多波束换能器状态,给出了波束声线实际传播面,并推导出了传播面内波束声线的实际初始入射角,结合声速剖面,最终根据常梯度声线跟踪得到了准确的测深点三维坐标。通过实验比较传统声线跟踪方法和精确声线跟踪方法计算波束在海底投射点的坐标精度,验证了精确声线跟踪方法克服了传统声线跟踪的不足,显著地提高了多波束测深的精度。

一种考虑声线弯曲的温度场重建算法

声波在非均匀温度场中传播时会由于声波的折射而产生声线弯曲现象。为提高非均匀温度场声学CT(Computer Tomography)重建精度,提出一种考虑声线弯曲的重建算法。首先用最小二乘法获得一个不考虑声线弯曲的重建温度场,然后用打靶-插值法确定本征声线出射角,用三角形前向展开法追踪声线,获得此温度场中声波发射/接收器间的本征声线,建立本征声线上声波传播时间与温度分布间的关系,进而实现考虑声线弯曲的最小二乘法温度场重建。单峰、双峰温度场仿真重建结果表明:所采用的本征声线追踪法计算简单运行速度快;考虑声线弯曲后,可明显提高温度场重建精度。因此所提重建算法能更好地适应实际温度场重建需求。

温度梯度场中声线传播路径数值研究

该文利用光学 Fermat 原理和数学变分方法,建立了三维温度梯度场中的声传播路径的数学模型,数值计算了一维轴对称和二维单峰圆对称温度梯度场中的声线传播路径,揭示了一维轴对称温度场对声传播具有“墙壁效应”,二维单峰(谷)圆对称温度场对声传播具有“透镜效应”的物理特征。根据温度梯度场中的声线弯曲事实,指出了按等温介质中的声波直线传播规律来诊断声源位置,必然会发生“蜃听”现象,导致源定位失真,并进一步对定位方法及其产生虚源的位置进行了分析,为研究炉内管道泄漏声检测及其定位技术,乃至声学测温技术中的温度场重建提供了基础研究。

一种适用于深海长基线定位的自适应分层声线跟踪法

在深海定位中,声线传播距离长,声速剖面层数多,采用分层等梯度怕线跟踪法运算量大,会明显降低定位的计算效率。针对这一问题,提出了一种自适应分层声线跟踪法,根据声速梯度的变化情况对声速剖面数据进行自适应分层,保留主要声速层以减少运行时间。实验表明,该方法在保证定位精度的前提下显著地提高了计算效率。