斜坡海底对声场水平纵向相关性的影响

利用数值仿真分析和总结了不同斜坡海底条件下声场水平相关性随水平间隔和传播距离的变化规律,并利用楔形简正波理论对海底倾斜引起的声场水平纵向相关变化机理进行了解释。研究结果表明,上坡和下坡地形的声场水平纵向相关性具有很大的差别。与水平海底相比,下坡海底会增加声场水平纵向相关性,上坡海底会减小声场水平纵向相关性。有效简正波之间的干涉会使得水平纵向相关出现震荡现象,上坡和下坡地形将分别使这种震荡半径减小和加大。

浅海粗糙海面影响下的声场水平纵向相关性

浅海粗糙海面会引起海面反射损失和声场能量的重新分布,对接收阵的阵增益有着重要影响。本文考虑浅海粗糙海面的因素,结合小斜率近似散射理论和简正波声场模型,分析了不同海面风速下的声场水平纵向相关性。在给定的条件下,随着风速的增加,声场水平纵向相关性提高。通过简正波理论和简正波声场模型给出了解释:随着风速的增加,高号简正波衰减较快,声场中的有效简正波号数减少,导致声场中的简正波干涉减弱,从而提高了声场水平纵向相关性。

浅海孤子内波对水平纵向相关性的影响

基于简正波理论和孤子内波模型,该文推导出声线经过孤子内波后的频域上的声压表达式,然后利用声压表达式推导出水平纵向相关系数一般表达式,研究了浅海孤子内波引起的声场水平纵向相关系数的变化,并且运用二维抛物方程模型仿真计算验证理论推导结果,并在简正波干涉环境下给出物理现象解释。结果表明,孤子内波引起的浅海声场水平纵向相关系数变化,乃由简正波干涉所导致,当孤子内波幅度变化不是很大时,其幅度改变不会引起水平纵向相关系数周期和幅度的显著变化。文中给出特定环境下的水平纵向相关系数随时间变化的结果,当环境中第一、第二号简正波占主导地位时,水平纵向相关系数会呈现出周期变化。

提高散斑场纵向相关性的相位编码调制方法

散斑在轴向的退相关现象是制约散斑干涉测量适用性的关键问题之一,为了提高散斑场的纵向相关性,从而提高散斑干涉图像的条纹对比度,扩大物体离面形变的测量范围,提出一种对散斑场进行相位编码调制的方法,即将波前编码技术扩展景深的方法用于散斑场编码,在孔径光阑位置上放置立方型相位板实现相位调制。首先分析了该编码调制方法用于提高散斑场纵向相关性的可行性,然后基于4f系统模拟仿真并实验验证了通过相位编码调制提高编码散斑场的纵向相关性的实际效果。结果表明,编码后散斑的纵向尺寸从0.17 mm提高到0.4 mm,大约提高了2.5倍。

泰州大桥主缆纵向湿度分布及相关性分析

主缆是悬索桥的主要受力构件,主缆内部湿度是主缆腐蚀的关键因素,对主缆内部湿度的研究,是安全且经济地进行主缆维护管理的重要前提。以泰州大桥为工程背景,结合桥梁健康监测系统及主缆除湿系统湿度监测的数据分析,首先找出了泰州大桥主缆湿度的纵向分布特征,给出了主缆内部易损的高湿度区位,为泰州大桥后期的主缆检测及维护管理工作重心的确定提供有效指导;通过相关性分析得出了主缆鞍座位置、四分点位置、跨中位置的湿度关系,并拟合了描述湿度关系的函数模型,为主缆的管理养护以及主缆湿度传感器的监测维护工作提供了依据。

陆架斜坡海域信号水平纵向相关特性实验研究

对于复杂的海洋传播环境,如波导环境扰动、各阶模态之间的干涉、环境噪声等,声信号在传播过程中波形会随空间和时间起伏变化.接收信号之间的空间相关性是直接影响阵列处理增益的重要因素之一,因此研究信号的空间相关特性对提高信号处理的性能有重要意义.本文中,利用一次海上试验测量数据对陆架斜坡海域不同位置处接收信号的水平纵向相关特性以及水平纵向相关性随船运动的起伏变化情况进行了研究.海上试验在中国南海海域开展.试验中,接收阵为一个192元水平拖曳阵,以2 m/s的速度移动,声源为一个宽带声源,深度为95 m左右,用钢缆与发射船船尾相连.实验过程中发射船停机漂泊.声源发射信号为260–360 Hz的线性调频信号.为了降低环境噪声对水平纵向相关性测量结果的影响,数据处理过程中先对接收信号进行带通滤波和匹配滤波处理.然后,将接收阵划分若干个部分重叠的短的子阵列并对各子阵接收信号进行宽带波束形成处理.最后,利用各子阵宽带波束形成输出信号计算水平纵向相关系数.结果发现,该海域接收信号水平纵向相关长度的测量结果大体分布在13–60 m的范围内,普遍小于浅海波导环境,信号水平纵向相关特性易受斜坡海域声场干涉结构和海洋波导环境起伏的影响,随空间和时间变化明显.

对高分辨空间谱估计影响的仿真研究

海洋声场水平纵向相关性对声纳阵系统的探测性能具有重要影响.在仿真分析影响海洋声场空间相关性的主要因素基础上,采用MUSIC 算法分析在信号相关性降低情况下阵列测向性能的退化问题.研究结果可为阵列声纳结构设计与布设选址提供理论依据.

陆架斜坡海域水平阵波束形成阵增益仿真分析

陆架斜坡海域海洋环境复杂多变,水下声基阵在该海域实际应用时,阵元接收信号的幅度和相位会发生畸变,阵元间信号相关性减弱,会带来波束形成器阵增益的严重下降,进而导致声呐探测性能的损失.目前陆架斜坡海域不同波束形成器阵增益的研究较少见,本文在各向同性噪声场假设条件下,针对陆架斜坡海域上坡波导环境中水平阵的常规波束形成器(CBF)、最小方差无失真响应波束形成器(MVDR-BF)和特征值波束形成器(EBF)的阵增益进行仿真研究.结果表明:(1)CBF和MVDR-BF的阵增益均与声场水平纵向相关性有关,当水平阵的阵元个数超过一定值时,两种波束形成器的阵增益均不再随着阵元个数的增加而增大;(2)EBF的阵增益由信号协方差矩阵最大特征值与其所有特征值之和的比值决定;(3)当接收数据信噪比为.10 dB时,MVDR-BF的阵增益高于CBF,但两者均小于EBF的阵增益.