深海超低频WKB反转简正波模型

提出了一种基于抛物柱函数的深海超低频WKB反转简正波模型。采用比较方程法,选择形式解为抛物柱函数的映射方程,给出了典型深海声速剖面情况下简正波方程的抛物柱函数WKB近似解和近似条件。数值分析了Epstein声速剖面环境下简正波本征函数的全局近似误差,求解了Munk声速剖面环境下的简正波声场。结果表明,所提方法与经典WKB近似方法和Langer变换方法相比全局近似误差更小,并且可将海水层看成一个整体,适用于求解深海超低频声传播问题。

近似解析解方法在简正模计算中的应用

利用合理的参数近似,导出分层、球形、弹性各向同性和含自重的地球变形的常系数微分方程组,从而给出矩阵形式的解析解。同时,采用一种高效稳定的传播矩阵方法,计算地球简正模的本征周期和本征函数。为了验证方法的正确性,首先将本征周期与均匀球模型的解析解进行比较,结果表明,球型和环型简正模若要实现10^(-2)s的本征周期精度,模型的分层厚度分别为50 m和0.1 m;本征函数与解析解一致,且收敛性较好;当地球模型的层厚足够小时,近似解析解可认为是真实解。最后,采用近似解析解方法计算PREM模型的本征周期,并对Mineos的计算结果进行精度检验,发现环型简正模和球型简正模的本征周期精度分别为10^(-3)s和10^(-2)s,可以满足当前观测的需求。

水平缓变声道中的WKBZ绝热简正波理论

本文利用具有海面相移修正的本征函数的ＷＫＢＺ近似，并同时考虑波导简正波和海底反射简正波的贡献，提出了适合于水平缓变水下声道的ＷＫＢＺ绝热简正波理论。数值结果表明，会聚区声场主要由波导简正波决定，而影区声场主要由海底反射简正波决定。在菲律宾海中，频率范围在１０９ＨＺ至８６０ＨＺ，距离至２５０ｋｍ范围时，用ＷＫＢＺ绝热简正波理论计算的结果与实验数据符合得很好。

基于张量分解的简正波模态参数估计

提出了一种基于张量分解的模态深度函数和模态水平波数(统称模态参数)估计方法,解决了传统子空间方法对模态正交性的依赖。利用经距离补偿后声场的平移不变性,将模态参数估计问题转化为三阶张量的规范多元分解(CPD)问题,分解得到的因子矩阵可用于同时估计模态深度函数和模态水平波数。推导了模态参数估计问题下张量分解的唯一性条件,结果表明该方法可在模态深度函数采样向量线性无关的条件下,使用较少的深度维采样和距离维采样实现模态参数估计。仿真结果还表明该方法在距离采样孔径较小时依然具有较好的估计性能。将该方法应用于SwellEx-96实验数据,得到了与实验海域环境较吻合的模态参数估计结果。仿真和实验数据均验证了该方法的有效性。

深海低声速沉积层简正波用于海底参数反演

现有深海地声参数反演研究通常基于全波场理论,存在计算量大、多值性以及需要准确的水文环境信息等问题。针对这一问题,提出一种基于简正波频散特征的深海低声速沉积层海底参数反演方法。在南中国海北部大陆坡海域的一次实验中,坐底式水听器(深度约1740 m)接收的沉底弹信号中观察到一种低频成分先到而高频成分后至的到达结构,由被限制在低声速沉积层的简正波组成。通过匹配沉积层简正波60220 Hz频段内的到达时间差对实验海域的低声速海底参数进行反演,得到沉积层厚度为16.4 m,沉积层声速为1450.5 m/s,与底质采样数据比较吻合,且具有较高的可信度,验证了所提方法的有效性。由于沉积层密度对简正波频散特征的敏感性较差,其反演结果可信度不是很高,需要进一步研究。

利用声场简正波幅度起伏反演内波传播速度

针对内波参数声学反演方法缺乏有效的试验验证问题,本文对Rouself等推导的单一内波环境下非线性内波速度与声场简正波起伏周期成正比关系的适用条件进行了讨论,提出多种内波共存环境下内波传播速度的声学反演方法,当非线性内波引起声场简正波耦合时,可通过提取单阶简正波起伏周期来反演内波速度。利用2011年黄海内波(内潮和非线性内波)与声场起伏同步观测数据,成功实现了黄海内波传播速度的声学反演,验证了多种内波共存环境利用简正波幅度起伏反演内波传播速度的可行性。

基于简正波掠射角的声速剖面反演方法研究

针对浅海宽带信号多途的特点,对多途分离的方法进行了研究,提出了一种基于warping变换的简正波分离和简正波信息提取的方法.随后提出了一种基于射线-简正波理论的利用各阶简正波中不同频点信号到达掠射角进行声速剖面反演的方法,最后通过仿真计算验证本方法可以应用于具有一定时间长度的线性调频发射信号的简正波分离,分离后提取的简正波信号经逆运算还原后与原始信号基本一致,分别对每阶简正波的各个频点到达掠射角进行计算,利用各阶简正波的不同频点到达掠射角建立代价函数,进行声速剖面反演.仿真结果证实了该方法的可行性,并分析了反演精度.

浅论弹性地球的自由振荡和简正模

简正模法是一种重要理论地震图计算方法。本研究回顾了无自转、无重力、完全弹性、各向同性地球模型下基于波动方程计算理论地震图半解析解方法。分别利用二分法和斯图姆定理搜索了40 mHz、4000阶的环型和球型简正模,计算给出了它们在频率-阶数域的分布。阐述了地球自由振荡的基音与泛音及其物理意义,给出了环型振荡的基音和泛音特征。利用简正模分布解释了ScSSH振相。

耦合Galerkin简正波解的抛物方程方法水下声传播计算

研究水平变化的海洋环境下声传播的计算方法.把Galerkin方法的简正波解应用于耦合简正波抛物方程,可同时考虑海水和海底声场计算,对水平变化的海洋环境问题的数值计算表明,在包含海水和海底的声场计算中该方法的计算结果都具有较高的精度.

多自由度振动系统的简正坐标和简正振动模式

通过改变坐标标度,直接写出了多自由度振动系统的频率特征矩阵,介绍了用频率特征矩阵的伴随矩阵的任一列求简正坐标的方法,讨论了系统的简正振动模式,并举例说明.

简正坐标的另一种求法

将不变本征算符方法推广到经典体系,并利用它来求体系的简正坐标.

简正波的干涉特性及耦合机理

简正波理论对计算海洋声场十分重要,本文利用镜像法推导了简正波方程,得到的结果与求解赫姆霍兹方程得到的结果一致,利用镜像法可以准确直观地理解简正波的物理意义。简正波是海洋界面反射波在海洋中发生干涉现象形成的,其原理和光栅衍射类似。简正波耦合的机理是海洋介质的不均匀性造成简正波产生附加相位变化,破坏了不同简正波之间的正交性。

耦合空间声场的简正方式(英文)

耦合空间广泛地存在于各类建筑中 ,具有复杂的声场特性 .关于耦合空间已有的研究多是建立在扩散声场的基础上 ,应用统计理论给出近似的分析 .本研究从波动声学出发 。

浅海波导中折射类简正波的warping变换

Warping变换可以实现单水听器浅海低频声波导的简正波分离.本文讨论了海水声速随深度线性减小浅海波导中折射类简正波的warping变换.理论推导了海水折射类简正波水平波数、频域相位及瞬时相位的表达式,由此提出了相应的时域和频域warping变换算子,并由仿真数据进行了验证.本文的理论推导过程同样适用于海水声速线性增大或海水折射系数的平方随深度线性变化的浅海波导.

由简正波群延时及幅度反演海底参数

由简正波过滤技术得到1号与2号简正波群延时及幅度。通过匹配简正波群延时差来反演海底的声速、密度等参数,衰减系数由简正波的幅度反演得到。遗传算法用来在参数域内搜索待反演的参数。在 200～500 Hz频率范围内海底衰减系数随频率的变化关系为α=0.29f1.9dB/m（f的单位为 kHz）。最后给出由反演出的参数计算得到的传播损失与实验的声传播损失数据的比较,结果符合的较好。

内波、潮导致的声简正波幅度起伏及其深度分布

分析2005黄海声传播—内波实验传播起伏数据,观察(1)号声简正波幅度起伏及其深度分布特征。非线性内波(IW)通过接收阵可以导致脉冲峰值约5 dB起伏,幅度起伏垂向分布与简正波本征函数的微分分布吻合良好,(M2)潮致信号幅度起伏也满足相同深度分布特性。然而内波和潮致起伏的垂向相位变化明显不同:前者本征函数峰值两侧起伏信号反相,而后者近乎同相。前者由接收器与简正波分布的相对移动决定,而后者取决于简正波和水听器位置变化的复合效应。

SNRVEI地球模型连续分布的简正模及其意义

基于Peltier等建立的粘弹地球表面负荷形变理论，运用简正模分析法，实现了SNRVEI粘弹地球模型表面负荷勒夫数从拉氏域至时间域的变换．数值结果印证了韩大仲关于真实地球存在“连续分布的简正模”的结论，同时还表明在保证较高计算精度前提下，为便于计算，将地球核慢边界以上部分划分成较少个物性均匀层是可行的．本文的方法和结果经过数值检验，可用于冰后相对海平面变化、地球自转非潮汐加速度变化等地表负荷均衡动态响应观测量的研究．

基于Kraken简正波模型的浅海声场分析

水声信道的传输特性是影响水声通信系统性能的重要因素。本文采用了一种全液态Kraken简正波模型 ,对位于浅海信道的目标海区的传播特性进行分析 ,得到了不同传播条件下信道的传播损失和频率特性图 ,为水声通信系统的设计提供了理论基础。

浅海波导中目标散射的简正波-Kirchhoff近似混合方法

提出了计算浅海波导中复杂目标散射的数值方法:简正波Kirchhoff近似混合方法。通过把目标散射的Kirchhoff近似方法和简正波声传播模型相结合,可对大尺寸复杂目标在浅海波导中的散射声场进行计算。以浅海波导中刚性球体散射的解析解为标准解验证了本方法,说明简正波Kirchhoff近似混合方法是有一定计算精度的工程预报方法。数值计算Pekeris浅海波导中球体目标散射声场在深度频率平面和距离频率平面上的二维干涉结构及其与自由空间中的差异。进而通过FFT获得目标时域回波随深度的分布图,分析浅海波导中目标姿态、声速剖面对Benchmark潜艇目标散射的影响。

基于水平合成阵列的简正波波数估计

针对浅水声波导中简正波模数估计的孔径约束问题,提出了一种基于运动合成孔径高分辨谱分解的简正波波数估计方法。该方法先利用短水平阵运动合成大孔径虚拟阵列,再通过合成阵列进行高分辨谱分解来进行简正波波数估计。数值仿真结果和海试数据测试表明,孔径运动合成技术的应用,解决了水平阵进行简正波模数估计时孔径不足的问题;拖曳阵在远离目标水平运动的过程中,做垂直向机动可以提高简正波模数估计精度。