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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在群延迟理论的基础上,与warping变换处理相结合,提出了一种适用于浅海波导中宽带声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以实现对脉冲声源接收信号各阶简正波的分离提取,对分离后的简正波进行时频分析处理可以得到各阶简正波到达时刻和频率之间的关系,即各阶简正波的频散曲线,从而得到任意两阶简正波到达接收水听器的时延差.海底相移参数P是描述海底地声参数的一个重要参量,包含了海底地声参数信息,在海底环境参数未知而P已知的情况下,利用P和简正波水平波数之间的关系可以求得任意两阶简正波的△Sg,mn(群慢差).根据群延迟理论,利用得到的任意两阶简正波的时延和△Sg,mn可实现利用单水听器对水下声源进行被动测距.本文提出的测距方法测量简单、计算方便,具有较强的实用意义.数值仿真和海上实验数据处理结果的测距误差都在10%以内,证明了该方法的有效性....
摘要:风成噪声是海洋环境噪声的重要组成部分,现有的噪声预报模型基本都是基于海面为绝对软平坦边界的假设建立的,然而海面波浪起伏引起的散射必然造成声波能量的衰减,改变声场的空间分布.本文通过引进P-M波浪谱模型来描述海面粗糙度,利用小斜率近似求解二维粗糙海面下相干反射系数,然后将海面相干反射系数引入到声传播模型中,使得模型能够考虑界面粗糙对噪声传播的影响,基于简正波理论建立了粗糙界面下噪声场空间特性预报模型.仿真分析了海面粗糙度对噪声场空间特性的影响.结果表明:海面起伏会引起噪声强度的衰减,并影响空间相关函数的幅度,还会改变噪声场的水平相关半径....
摘要:针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在模态匹配和匹配场处理定位方法的基础上,提出了一种适用于具有液态半无限空间海底的浅海波导中声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以对脉冲声源接收信号的各阶简正波实现有效分离,由此得到各阶简正波的频域信号.海底相移参数是描述海底地声参数的一个重要参量,包含了海底地声参数信息,而各阶简正波的水平波数可以通过含有海底相移参数的表达式来表达.此外,由于声速剖面对简正波的各阶水平波数具有相近的影响,因此通过对任意两阶简正波进行联合处理,可以近似消除声速剖面对简正波水平波数差的影响.任意两阶简正波的水平波数差只近似用于海底相移参数、海深以及波导中平均声速三个参数有关,可以简单、快速地计算相应拷贝场,然后通过建立代价函数并对简正波模态进行匹配,可以实现对水下脉冲声源的被动测距.与传统的模态匹配定位方法相比,本文提出的方法既不需要使用水听器阵,又可以简单、快速地计算出拷贝场.数值仿真和海上实验数据处理结果的测距误差都在10%以内,证明了该方法的有效性....
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:对于1 kHz以上声波,海面起伏会对浅海声传播产生显著影响,现有的噪声预报模型在建模过程中基本没有考虑海面起伏的影响.针对这一问题,本文基于传输理论建立了随机起伏界面下噪声场垂直相关性和指向性模型,仿真分析了海面起伏对噪声强度、垂直相关性与指向性的影响.结果表明,对于表面噪声,海面随机起伏使声波能量从中间阶简正波向低阶和高阶简正波转移,而对噪声强度起主要贡献的一般是中间阶简正波,所以海面起伏使得噪声强度减弱;简正波之间能量的耦合导致垂直平面上不同掠射角方向上到达的声波响应发生变化,经由海面反射大掠射角到达的声波响应以及中小角度到达的声波响应变弱,而经由海底反射大掠射角到达的声波响应变强;海面随机起伏还会扰动各阶简正波相位,使不同阶简正波互相关性变弱,致使噪声场的空间相关性也变弱....
摘要:考虑到矢量水听器在垂直方向上具有8字形指向性,能够有效抑制远方非平稳噪声源的干扰,提出了一种矢量环境噪声相关函数(NCF)提取声场时域格林函数(TDGF)的方法.基于简正波理论建立了声压和垂直振速垂直相关性模型.在此基础上,给出了声压和垂直振速相关函数提取声场纵向格林函数的过程.数值仿真对比和实验数据分析表明,相对于声压提取方法,垂直振速提取方法能够有效消除直达波前出现的亮纹与亮区干扰.此外,对于同等时间长度噪声序列,声压提取方法只提取到直达波路径,而垂直振速提取方法还提取到了我们更为关心的海底反射路径.利用直达波与海底反射波到达时延差估计的海深与实测海深吻合较好....
[博士论文] 周建波
水声工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:研究噪声场垂直方向空间特性对水声设备的合理布放以及海洋环境信息的获取都具有重要意义。本文围绕噪声场垂直方向空间特性建模与应用两方面开展相关研究,完善了P/K噪声预报模型,给出了垂直方向空间两点噪声声压场空间特性预报模型,并将其扩展至矢量场。在矢量噪声预报模型基础上提出了基于海洋环境噪声场垂直振速信息的声场多途结构提取方法,并将其应用于地声参数反演。具体研究内容如下:
  1.噪声矢量场垂直方向空间特性建模及检验
  相对于快速场噪声预报模型,P/K模型具有计算速度快、适用范围广的优点。但是P/K模型无法计算噪声场垂直方向空间特性。针对空间两点垂直分布的特殊情况,给出了垂直方向两点声压互谱密度函数解析表达式,解决了P/K模型无法预报垂直方向空间特性这一问题,并将其推广至矢量场中,为矢量噪声场的应用提供了理论基础。
  仿真了不同底质海底环境下噪声场垂直方向相干性、相关性与指向性,并与快速场噪声模型预报结果进行对比,验证了本文给出的模型的准确性。然后利用本文提出的模型对南海大陆架海区噪声场垂直方向空间特性进行了预报,并与实测结果进行了对比,理论预报结果与实测结果吻合较好。
  2.海面起伏影响下噪声场垂直方向空间特性建模研究
  恶劣海况下,需要考虑海面起伏对中高频声传播的影响。本文基于传输理论模型建立了海面起伏影响下中高频噪声场垂直方向空间特性预报模型。通过分析海面起伏影响下各阶简正波强度与相位的变化规律,研究了恶劣海况引起的海面起伏对中高频噪声场强度分布、垂直相关特性与指向性的影响。仿真结果表明,海面起伏不仅会导致噪声场强度以及垂直指向性中临界角附近角度到达的声波强度变弱,还会降低噪声场垂直方向相关性。
  3.基于噪声场垂直振速信号的多途结构提取方法研究
  在建立海洋环境噪声场矢量信号垂直方向空间相关特性模型的基础上,提出了基于噪声场垂直振速信号的多途结构提取方法,该方法可快速提取垂直分置两点间的物理多途到达结构,有效抑制虚拟头波等非物理到达路径。海上实验数据处理结果表明,相对于声压信号,用垂直振速信号可以极大地缩短多途结构提取所需的噪声信号长度。
  4.基于海洋环境噪声矢量场相干特性的海底地声参数分步反演方法研究
  结合矢量水听器在海底分层结构获取与海底地声参数反演方面的优势,开展了基于矢量噪声场的地声参数分步反演方法研究。先利用海洋环境噪声垂直振速信息提取的多途结构来获得海底分层结构,再用噪声场垂直振速相干特性反演得到地声参数。仿真对比了用海洋环境噪声场声压相干函数和垂直振速相干函数反演地声参数的性能,结果表明,噪声场垂直振速相干函数对海底声速更为敏感,用噪声场垂直振速信息反演得到的海底声速更精确
  本文的研究为矢量噪声的应用提供了理论基础,同时也为低信噪比条件下多途结构的提取与海底参数的获取提供了新途径。
摘要:实际海洋环境中,沉积层中的声速一般随着深度进行变化的。本文考虑了沉积层中的纵波和横波的声速剖面都是n2线性的情况,此时,深度分离的波动方程的解就可以用Airy函数来解析表达。再利用传递矩阵以及边界条件可以计算出势函数的积分表达式,最后基于快速场理论得到势函数的近似表达式。本文方法避免了对连续分层介质进行一系列均匀子层的划分,而且快速场方法避免了简正波方法中求本征值的困难。仿真结果表明,本文方法计算结果与Krakenc程序结果除近距离外的中远距离吻合较好,在近距离处有偏差。
摘要:通过将warping变换与群延迟理论相结合,提出了一种基于单水听器的浅海波导宽带声源被动测距的方法。宽带声信号在浅海波导中以不同阶简正波叠加的形式传播,各阶简正波到达水听器的时刻也各不相同,利用warping变换可以对各阶简正波进行有效分离。对分离后的信号进行时频分析处理后可以得到任意两阶简正波在各个频点下的时延,将其结果与群延迟理论相结合,可推导出声源传播距离的计算公式。在已知海水声速剖面以及海深两个主要环境参数的情况下,即可对声源进行准确的被动测距。该方法计算量小,测量简单方便。仿真处理结果验证了本方法的可行性。
摘要:为了解决距离有关波导中低频海洋环境噪声场建模问题,本文基于抛物方程理论给出了距离有关波导中噪声场垂直相关性和指向性模型。仿真计算了大陆坡海区风成噪声场垂直相关特性和指向性。研究表明:海底地形变化对噪声场垂直相关性和指向性都会产生显著影响。相对于水平海底情况,下坡传播时,接近水平方向的噪声强度增加,而上坡传播时,接近水平方向的噪声强度减弱。
摘要:海洋环境噪声是由大量噪声源及海洋环境共同作用形成的一种随机过程。因此噪声场的空间结构必然受到海底地形的影响。本文基于抛物方程理论建立了距离有关波导中噪声场空间相关性和指向性模型,仿真计算了大陆坡海区风成噪声场水平指向性。该模型可进行复杂环境下噪声场空间特性预报。
摘要:近些年来,深海远距离声传播问题成为海洋声传播研究的热点问题之一。相比于浅海大陆架环境,深海大洋 海深可达几千米,横向绵延可达几千公里。此时,地球曲率对声传播的影响必须加以考虑。针对这一问题,本文采 用坐标变换,建立了一种抛物方程模型,可用来研究地球曲率对声传播的影响。典型深远海环境声场仿真结果表明,由于地球曲率的影响,会聚区的位置向远距离移动,在 500km 处,移动距离可达 10km,局部声压传播损失差异可达10dB,证明地球曲率对深海远距离声传播问题的影响不可忽略。
摘要:针对具有弹性海底的Pekeris波导中本征值的求解问题,本文研究了两种基于复相位函数(CPF)的求解方法,包括"路径追踪法"与"复等效深度法".在相同仿真条件下,通过与KrakenC计算结果的比较,证明了两种方法均可准确求解出波导中各阶简正波的本征值,但复等效深度法具有更高的计算效率、更适合于海洋工程应用.
[硕士论文] 周建波
水声工程 哈尔滨工程大学 2014(学位年度)
摘要:研究声在海洋中的传播,是理解与预测各种水声现象的基础,也是实现目标估计与探测等声呐活动的前提。相对于传统的声压信号处理方法,声压与振速联合处理的信号处理能够提供更多的声场信息。但是目前大部分声场模型都是标量场模型,只能提供声压场场信息而不提供振速场信息,本文将给出一种声矢量场模型。
  本文基于简正波理论建立浅海水平分层海洋环境下声矢量场模型,并和抛物模型进行对比,验证了模型的有效性,在建立模型基础上分析了浅海声矢量场传播规律,重点研究了声矢量场传播损失以及声能量的空间分布规律。在建立的模型基础上进行声矢量场空间相关性仿真与分析,研究了海洋环境参数对浅海声矢量场空间相关性的影响。
  其次,本文还利用抛物理论建立了倾斜海底环境下的声矢量场模型,分析了海底地形对声矢量场的影响。最后还基于抛物模型研究了倾斜海底环境下声矢量场空间相关特性,给出了不同海底地形下声矢量场空间相关性仿真。
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