水下圆柱壳声辐射激发水表面声波研究

研究水下声源声辐射激发的水表面声波,对在空气中进行跨介质水下声源探测具有重要意义。为研究水下声源声辐射激发的水表面声波特性,基于水下声传播理论推导水下稳态点源球面声波激励水表面声波的理论解,依据有限元方法,以脉动球点源为例进行数值分析验证,设计相应实验验证水平衰减规律及声源深度影响。基于声-结构耦合有限元方法研究声源深度等声源参数及环境参数对水下圆柱壳声辐射激发水表面声波的影响。研究结果表明:所提激励下的圆柱壳声源在半自由场环境中激发的海水表面波振幅在某些振型对应固有频率下的振幅远大于其他频率;海底和粗糙海面对水表面波振幅有影响;在所提载荷激励下,有限水深中水下圆柱壳声辐射激励的水表面波振幅在3倍圆柱壳半径以内及20倍半径之外潜深范围内与潜深呈正比,其他范围随潜深呈反比。

激光-声联合探测中水表面声波检测方法进展

激光-声联合探测技术在空基-水下通信、水下目标探测及海洋环境检测等领域具有巨大的应用潜力,对于国家安全、资源勘探和海洋监测等具有重大意义。其中,水表面波检测技术是激光-声探测的关键技术。系统研究了水表面波检测技术中常用的激光衍射法、光通量法、激光多普勒测振法和激光干涉法等方法,系统阐述和分析了其技术原理、发展现状及存在的问题,结合我国当前的现状和迫切需求,给出了水表面波检测技术的发展趋势,对该技术的研究和发展具有很好的参考价值。

相位解调实现低频水表面声波振幅探测

为了实现低频水表面声波振幅准确探测和时变声信号的跟踪识别,提出了一种基于相位解调的激光干涉探测方法。该方法在参考光路中引入高频载波,利用相位生成载波技术的反正切解调算法,并结合高频载波初相位和调制深度的测定,可实现水表面声波的准确识别。在实验室环境下搭建了一套水表面声波探测系统,实验结果表明:该方法对水表面声波微振幅的测量重复性不超过1 nm。同时该系统能够实时跟踪水下声源的变化,对幅度受到正弦调制的水下声源信号进行了水表面声波振幅检测,实验结果证明了该方法识别时变声信号的正确性。

面向跨水空介质通信的雷达水表面声波提取

由于水空介质的非连续性,空中电磁波和水下声波都无法跨越该介质边界,所以无中继器跨水空介质通信一直是研究中的难点。水下声波会引起水空边界的微小振动即水表面声波(Water Surface Acoustic Wave,WSAW),而毫米波雷达能够实现对微动信号的高精度探测,因此文章提出了基于级联成像调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷达提取WSAW信号的方法。首先研究了WSAW的基本特征及FMCW雷达微动信号的提取原理;其次采用线性调频的水下声信号并结合匹配滤波技术来提高输出信噪比,针对大幅度自然扰动,提出了一种多角度积累结合阈值相位补偿的信号增强算法;最后在不同波高的扰动下进行实验,结果表明在1.5 cm的自然波动干扰下仍能提取WSAW信号,成像FMCW雷达偏过一定角度也能有效地进行通信,验证了文中所提方法的有效性。

基于小波脊的水表面声波激光干涉探测

为准确获取水表面声波的频率,对水表面声波激光干涉信号的时频分布特点进行了理论分析和实验研究,发现小波脊点沿着水表面声波频率所对应的尺度时间曲线分布,或位于该线上,或对称分布于上下两侧。根据此特征,提出了一种基于小波脊的水表面声波频率解调方法,实验结果表明,本文方法能够对稳频的水表面声波频率进行精确测量,绝对误差不大于1 Hz。对线性调频的水表面声波进行了探测实验,结果表明,小波脊能够实时地跟踪水表面声波频率的变化,通过小波脊计算得到的频率变化率与设定值相吻合,证明了利用小波脊方法提取水表面声波瞬时频率的准确性。