浅海声场中拖曳线列阵常规波束形成器对本舰噪声的接收响应

以浅海声场模型为基础,通过计算机仿真,研究了拖曳线列阵对本舰噪声的接收响应,对接收本舰噪声的最大阵输出偏离指向本舰的端射方向这一现象给出了合理的解释。这一结果对于拖曳线列阵抑制本舰噪声的研究,以及在浅海环境的正确应用,具有重要意义。

浅海声场单模闭环发射的最佳估计算法

提出了一种浅海声场单模闭环发射的最佳估计算法。通过对声场格林函数矩阵估计协方差的分析,设计了一种对格林函数矩阵作最佳估计的最佳发射阵权系数矩阵,此权系数矩阵为酉矩阵且各元素绝对值相等。基于此矩阵的单模发射算法可以使得单模激发过程以最快的速度收敛,并且发射稳定。算法的优势在模拟计算中得到了验证。最后给出了海上实验的结果,单模含量高达97%。

浅海声场垂直振速与水平振速相关特性及应用

基于矢量水听器记录的质点振速信号,研究了浅海声场垂直振速与水平振速的相关特性,理论与仿真结果表明记录的垂直振速与水平振速的相关系数是矢量水听器俯仰角度的函数,矢量水听器不发生俯仰时二者的相关系数约为零。基于上述特点,提出了一种利用矢量水听器记录信号自适应校正矢量水听器俯仰姿态的方法,实验结果表明,该方法能有效校正矢量水听器俯仰姿态。

南海北部浅海声场起伏及统计特性

水下声场的时间积分声强和峰值声强是声呐检测中的重要物理量,而海洋中的内波等动力学过程会造成声场强度的起伏。对南海北部浅海内波环境下定点声起伏实验数据分析,结合数值仿真,总结了试验海域近海底发射和近海底接收条件下内波引起接收信号强度起伏的统计特性.分析结果表明:接收信号的时间积分声强起伏小于峰值声强起伏;时间积分声强与峰值声强起伏的概率分布与对数正态分布较为接近.时间积分声强和峰值声强起伏大小与信号的频率有关,同一收发距离,中心频率650 Hz信号的声强起伏较中心频率310 Hz和375 Hz信号的声强起伏更为剧烈。对于同一频率,当海底较平坦时,声强起伏的闪烁指数随传播距离的增加而增大;当水深随传播距离逐渐变深时,声强起伏规律受内波和水深变化共同影响而更为复杂,闪烁指数先随传播距离增加而增大,之后又随传播距离的增加而逐渐变小.

海面波浪对空气中声源激发的浅海声场的影响

耦合简正波方法被用于计算存在海面波浪时空中声源激发的浅海声场特性,该耦合方法采用波束位移射线简正波理论与水平分段耦合处理方法,声场计算时选取Pekeris型浅海模型,声源频率选为100Hz,高度为100m,水下接收器深度为30m,声源与接受器距离在5km内。计算表明:5m/s风速下风浪对接收到的平均声压和均方声压影响较小;10m/s风速下风浪将使接收到的平均声压下降约5dB,而接收到的均方声压则增加约1dB。

基于有穷状态自动机浅海声场仿真研究

提出一种用有穷状态自动机研究浅海声场的方法。应用Snell定律对单步的声线传播进行研究,分析了浅海声场内在的状态及状态转移特性,推导出浅海声场的有穷状态自动机。步长根据实验精度要求设定,仿真实验表明步长越小,精度越高,计算量越大。为了减小运算量,本征声线通过两次追踪不同步长的方法获得。数值仿真结果证明了该方法的可行性,其精度可以达10-4。该方法可望应用到光学和地震学等领域的射线传播研究中。

由小斜率近似计算粗糙海面对空气声源激发的浅海声场的影响

采用一级小斜率近似方法处理空气声经粗糙海面透射至浅海中的声场问题。假定空气、海水和海底为三层均匀介质,将海水层中声场分解为下行波和上行波,导出了粗糙海面条件下下行波和总声场的小斜率近似表达式。导出的声场表达式可由快速傅里叶变换计算,但会出现混叠问题。为了减轻混叠影响,提出了引入额外介质吸收的计算方法。针对高度一维变化且频谱满足PM谱的起伏海面,采用蒙特卡洛仿真计算了相应的水下声场。结果表明,随着海面起伏均方根高度的增加,水下相干场强度减小而均方声压则略有增大。

浅海声场单模激发的自适应逆控制算法

提出了一种基于自适应逆控制理论的单模激发闭环控制算法,采用ε-滤波LMS结构,以期望单模声压矢量作为控制指令,并引入抖动信号,通过误差抵消和误差过滤技术,自适应生成对象控制器。计算结果: (1)期望波形能量与均方误差能量之比SER曲线能较快地达以信噪比SNR为极限的平稳线; (2)控制器c的收敛不以对象Q的自适应准确为前提,即对对象的抖动不敏感。结果表明对于由声源阵列和水听器阵列构成的多输入多输出(MIMO)单模激发控制系统,算法简单、有效,能很好地消除海域对象的扰动和噪声,在浅海波导中激发预期单模。

基于三参数模型的浅海声场最佳频率研究

[目的]针对典型浅海环境下的最佳频率问题,[方法]首先,以海底反射损失三参数模型为基础,推导单阶简正波的衰减系数与频率的关系,求解其最佳频率,并通过与前人公式对比验证该算法的正确性;然后,应用该方法研究海底压缩波速度、海底吸收损失幂指数和海底粗糙度对单阶简正波最佳频率的影响。[结果]最佳频率随着海底压缩波速度的增大而减小;吸收损失幂指数越大,最佳频率现象越不明显;粗糙度的变化只对所有简正波叠加后近场的最佳频率有较大影响,对单阶简正波的最佳频率几乎没有影响。[结论]计算的最佳频率更贴近实际海洋环境,可为进一步提高水声通信和探测能力提供一定的帮助。

浅海声场时空相关性及其衰减对声纳性能的影响

本文从理论上分析了接收信号的时空相关性,给出了浅海声信号时空相关系数的测量结果,以及信号时空相关性随目标距离、水听器间距、频带、信噪比的变化规律。相关性衰减与许多因素有关,但信噪比的影响最大。相关性衰减使声纳的基阵增益降低,使方位估计和距离估计的误差增大。文中也给出了计算实例。

空气声源激发的浅海声场的理论研究

研究了将空气中声速分布建模为Epstein分布,水层和海底均为均匀分布的三层介质模型的条件下,空气中点源激发的水下声场。既推导得到了声压场的形式解,通过数值分析,表明空气中点源激发浅水波导,在水层中形成的波导简正波具有实数本征值,可以远距离传播,称其为"水波"。空气层中的Epstein波导简正波在水层中为非均匀波,传播速度取决于空气中声速,称其为"水面波",并指出空气中声源运动产生的水面波多普勒频移大于水波多普勒频移。

浅海声场相干特性研究

海洋作为一个由正海水,海面以及海底组成的相对不均匀性时空变换的空间频率系统,一直被声学学者研究声强平均衰减规律,从中发现声场很难找出精细干涉结构,本文将以数据验证的方式来表明浅海的低频声场如果被随机扰动后是可以通过低频波长增加而衰减的。

浅海低频声场水声信号时间相关性研究

起伏的声场接收信号是时变的,浅海声场的时间相关性研究有利于目标深度的判别以及水声信号的数据融合。研究浅海低频声场时间相关性以信号的自相关和互相关原理为基础,完成对信号时间相关半径、相关函数值的影响因素分析,得到不同声场条件下信号传播的作用结果。通过仿真比较在不同频率、不同信噪比条件下低频声场信号的相关性曲线,并结合实际海试数据进行验证。研究表明浅海低频声场随机扰动随着低频波长的增加而减弱,且信号时间相关性研究为声场的实际应用提供了一定参考。

声速分布对浅海低频声场空间相关的影响研究

针对浅海低频环境下水中声速分布对声场空间相关性的影响问题,利用基于抛物方程方法的RAM程序,仿真分析了声场空间相关特性在浅海不同声速梯度、不同阵元间隔下的变化规律。研究结果表明:在浅海低频环境下,正声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越慢,水平纵向相关系数则相反;随着正声速梯度值的增大,垂直相关长度和水平纵向相关长度均呈现剧烈波动。负声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越快,水平纵向相关系数则相反;随着负声速梯度值的增大,两类空间相关长度均缓慢波动。

浅海负跃层对声传播影响的仿真研究

0引言夏秋季节,在浅海常常存在强烈的季节跃层,季节跃层对声传播具有重要影响。在负跃层海域,海水可以分成三层,在上层和下层声速随深度变化缓慢,而在中间层变化剧烈。在这种环境下,声传播特性强烈的依赖于跃层的深度、厚度和强度。本文采用浅海声传播的波束位移射线简正波(BDRM)理论[1。

基于射线模型的浅海水声传播仿真研究

浅海是我国船只活动的主要区域,在计划海上实验、设计最优声纳系统和预测海上声纳性能时,水声模型被广泛地应用于预报声学环境。用射线模型为浅海声场建模,由于射线理论有足够的准确性,可以用来获得声波在空间传播的重要信息,在一定的条件下,射线声学的数学运算也比较简捷。在此结合仿真结果,证明了由射线理论给出的声线图可以给声场以直观、形象的理解,其建立的水声信道模型在工程应用上具有重要意义。

声速剖面主导的浅海声传播最佳深度规律研究

[目的]为提高实际海洋环境中不同季节时的水声通信和声呐探测能力,对浅海声传播的最佳深度现象进行研究。[方法]运用简正波方法,针对不同季节的典型声速剖面,计算典型声速剖面下不同频率和不同接收点深度的非相干声传播损失随距离和深度变化的伪彩图,研究不同声速剖面对声传播最佳深度的影响。[结果]结果显示:低频时,最佳深度不随声速剖面和声源深度的变化而变化,始终位于海水层中层附近;高频时,当声源位于等梯度海水层或负跃层下较深海水的等温层时,最佳深度位于声源深度和声源在等声速层内的对称深度,正梯度和负梯度下的最佳深度位于声源深度处。[结论]研究结果可为水声通信的接收点深度和被动声呐位置的选取提供参考。

负跃层浅海声传播问题的解析解及其在水下脉冲声传播研究中的应用

提出一个基于波数积分理论的解析解,可用于计算包含海面下均匀层、负跃层、海底上方均匀层以及液态均匀海底的负跃层浅海波导中的声场。对声源位于水体不同层中的情况给出详细的推导,给出深度格林函数的解析解,并介绍了如何利用其计算点源和线源这两种情况下的声场.通过一个典型的负跃层浅海算例,验证了本文所提方法的精度,以及处理点源及线源问题的能力.此外,将本文提出的方法应用于水下脉冲声传播研究。针对某次实验的实际海洋环境,利用本文方法研究接收到的脉冲信号的波形特点,并与利用射线理论分析得到的相邻脉冲到达时间间隔等理论结果进行比较·结果表明,利用本方法得到的相邻脉冲到达时间数值结果与理论值高度一致。本方法非常适用于需要大量重复计算声场的情况,如水下脉冲声传播、海底声学参数反演等问题的计算机仿真研究。

浅海环境下的单-双基地联合声探测研究

浅海水域的高频声纳探测是近年来发展迅速、研究活跃的水声技术领域之一,它的研究为实现小目标的有效探测提供了重要的技术支撑。浅海声场存在多途干扰,会影响声纳探测的效果。本文介绍了一种单-双基地联合探测方法,并分析了浅海多途干扰对单-双基地联合探测的影响,最后用MATLAB进行仿真和分析。

自编码器在浅海小目标前向散射信号检测中的应用

针对近距离浅海小目标前向散射信号检测受信道自身起伏影响较大的问题,提出一种基于自编码器的目标检测方法。该方法通过匹配滤波、希尔伯特变换和相位对齐等处理过程获取接收声场的稳态到达结构,利用自编码器无监督地学习无目标时背景声场的稳态结构,然后通过观测自编码器的重构误差能量变化实现目标探测。应用海上试验的蛙人穿越数据进行分析,说明了当收发距离为50 m,目标穿越位置与发射源距离为15 m时,单通道接收声场的探测扰动量大约可达到8 dB以上,联合多通道信号进行训练可进一步抑制背景声场的扰动。试验结果表明该算法在动态海洋环境中能够实现前向散射信号的检测,并可以确定目标的穿越时间。