简正波
- Scholte波识别水池缩比实验
献[8]提出了简正波分离识别Scholte 波的方法用于水池实验识别Scholte 波。本文根据其理论基础，对文献[8]中的实验结果进行分析，改善实验过程以及数据处理方法，使简正波分离识别Scholte波的方法更加完善。1 理论基础1.1 简正波分离根据简正波理论[9]，水平分层的声场可以表示为各号简正波的叠加，如式(1)所示：其中，0 号简正波为Scholte 波，Scholte 波是简正波中的一种模式；Ψm(z)为简正波的模态函数即简正波的模态形状；Φ
应用声学 2023年4期2023-09-15
- 深海低声速沉积层简正波用于海底参数反演∗
的实例，并利用简正波理论分析了包含低声速沉积层时3 层均匀液态模型的本征方程及频散曲线图。1980年，Rubano[3]基于4 层均匀液态浅海模型分析了海底存在低声速沉积层时前两阶简正波的群速度频散曲线、特征函数和传播损失，发现低声速沉积层的存在会造成高频信号衰减，并反演得到了Corpus Christi沿岸的地声参数。Hastrup[4]阐述并解释了浅海环境下声波在小掠射角入射低声速沉积层时海底反射损失出现的周期增大现象。李梦竹等[5]在Hastrup
应用声学 2023年4期2023-09-15
- 一种基于大孔径水平阵的浅海声源被动测距方法
)1 引言根据简正波理论，远程浅海低频声场可表示为多阶简正波的线性叠加，简正波的参数调制了丰富的海洋环境和目标的信息，为地声反演、水声目标定位提供了良好的条件。结合简正波理论利用垂直阵、离散水听器进行声源定位的研究已得到广泛的开展，典型方法包括基于波导不变量测距[1]、时/频域Warping变换[2]、消频散变换测距[3]等。但由于垂直阵面临姿态稳定性与水平方位分辨问题，而基于单一水听器的定位方法信噪比要求较高，在实际应用中均面临较大限制。相对的由于大孔径
电子与信息学报 2022年12期2022-12-28
- 大陆坡内波环境中声传播模态耦合及强度起伏特征*
模型,然后基于简正波理论数值对比分析各波导模型条件下模态的耦合规律,进而研究声场强度起伏特性及其物理机理.研究结果表明,当声波朝向或远离内波中心传播时,模态耦合在内波与大陆坡的共同作用下出现耦合增强或衰减,高号模态耦合系数振荡;内波扰动的作用使得能量由低号模态耦合至高号模态,提高了声场强度衰减;斜坡的作用使得声波下坡传播时,波导模态数增加、模态强度衰减降低;大陆坡内波环境中的模态强度总和大于内波环境、小于大陆坡环境,且模态组间的能量转移比只有内波或者大陆坡
物理学报 2022年20期2022-10-27
- 浅海负跃层中利用互相关输出峰值迁移曲线的声源深度判别
度上激发的各阶简正波的不同来分类声源，大致分为两类，一类是将接收信号中分离出的简正波模态与利用声场计算得到的模态矩阵来匹配，不同之处在于如何获取单个简正波模态.Touzé等[1]利用简正波模态的频散特性，采用时频分析的方法分离得到简正波;Nicolas 等[2]将时频分析后的信号变换到频率—波数域再得到简正波;随后，Courtois 等[3]提出利用压缩感知的方法，更好地在频率—波数域上分离各阶模态;Lopatka 等[4]发现同时利用模态的幅度和相位(符
物理学报 2022年13期2022-07-22
- 基于辐射噪声干涉条纹斜率分布的声源深度分辨方法研究
。声源的深度与简正波各阶模态的分布密切相关，现有方法大多基于简正波理论，利用声源深度与简正波模态之间的对应关系实现声源深度的二元判决。匹配场处理被广泛应用于水声被动定位，也是研究人员最为关注的深度判别方法。杨坤德等人[1]提出基于环境扰动的线性匹配场处理方法，通过增加环境扰动约束提高方法在随机误差下的稳健性，但方法在目标方位与干扰方向相似时失效。王奇等人[2]提出基于最小二乘算法短垂线阵匹配场处理技术的目标深度辨别方法，用最小二乘得到各阶模态系数估计值重构
电子与信息学报 2022年6期2022-06-25
- 浅海粗糙海面影响下的声场水平纵向相关性
究。本文将结合简正波声场模型，考虑风浪引起的粗糙海面因素，分析浅海海面风浪对声场水平纵向相关性的影响。并进一步通过简正波理论和简正波声场模型给出理论数值解释。1 考虑粗糙海面影响的声场水平纵向相关性预报模型1.1 粗糙海面的反射系数计算令v=ki-ks=(vx,-vz)，vx=kix-ksx，vz=κiz+ksz，kβ1+i=[k2-(K1+kix)2]1/2并且有Im[β1+i]>0，kβs-1=[k2-(ksx-K1)2]。最终可以得到小斜率近似下的反
哈尔滨工程大学学报 2022年6期2022-06-16
- 双层介质声传播问题的标准解及有限元解
法[1-2]、简正波法[3-4]、抛物方程法[5-6]、波数积分法[7-8]，研究人员使用这些方法建立了许多声场计算模型，但是目前还没有非常流行的有限元算法模型。可见，关于有限元方法在水下声场计算中的研究还不是非常充分。有限元方法是求解偏微分方程复杂边值问题的一种通用数值解法。它首先将物理域离散成有限数量的单元，各单元以节点相连，然后利用各单元间的关联性形成一系列的有限元方程组，求得单元内的精确解或近似解，从而把复杂的偏微分方程边值问题转化为大型方程组的求
声学技术 2022年2期2022-05-17
- 基于Scholte 波频散特性的测距方法研究
holte波、简正波同频率到达时间差进行声源距离估计的方法，并对两种方法的测距结果进行对比分析。1 Scholte 波频散特性由于流体-固体分界面的存在，界面处将产生Scholte 波。Scholte 波的波速随着频率变化，具有频散特性。以图1 所示的环境为例介绍Scholte 波频散特性。考虑声源深度zs，声源谱S（ω），接收为海底地震波拾振器（Ocean-Bottom Seismometers，OBS），被置于海底附近，接收深度zr。图1 环境模型模型
电声技术 2022年2期2022-04-27
- 浅海波导环境不确定性对声源功率估计的影响*
机理.首先使用简正波模型[19-22]建立浅海波导环境中垂直阵接收信号模型，并简要介绍声源功率估计的物理量和匹配场声源功率估计方法.随后定义声源功率估计性能环境失配敏感度，并分析环境不确定性影响声源功率估计的机理，以及不同环境参数变化对声源功率估计的影响程度.最后，采用美国海军实验室(naval research laboratory，NRL)提供的Benchmark[23]标准浅海声速剖面和参数不确定范围仿真验证理论分析的结果.2 匹配场声源功率估计方法
物理学报 2021年24期2021-12-31
- 倾斜弹性海底条件下浅海声场的简正波相干耦合特性分析*
况下的弹性耦合简正波声场模型,给出了包含泄漏模态时弹性简正波的归一化和耦合系数表达式,耦合系数满足声能流守恒.利用该模型分析了倾斜弹性海底条件下声场的简正波相干耦合特性,发现考虑泄漏模态时,简正波耦合不仅会导致简正波幅度变化,而且也会带来附加相移.仿真计算表明:其一,在倾斜弹性海底条件下,考虑泄漏模态耦合附加相移影响后得到的声传播损失更接近有限元商用软件的计算结果;其二,耦合大大提升了界面波的幅度.此外,本文还分析了海洋环境参数变化对声传播损失的影响.1
物理学报 2021年21期2021-11-19
- 基于K-SVD的低频水声信号去噪处理方法
对不同海况下的简正波信号与LFM信号进行去噪处理.仿真结果表明，本文方法对不同海况且不同形式的水声信号都具有较好的去噪效果，信噪比增益可达到20 dB.1 基本理论分析根据简正波理论来建立水声传播模型，其中去噪方法为基于稀疏分解理论的正交匹配追踪算法(orthogonal matching pursuit，OMP)和K-SVD算法.其中OMP算法是一种信号稀疏表示方法，该方法可以在过完备原子库中选择少量具有信号的特征原子将信号稀疏表示，从而得到信号的有用分
云南民族大学学报（自然科学版） 2021年4期2021-09-10
- 一种浅海负跃层下的多目标声源距离估计方法
分离为对应不同简正波的波包，这些波包之间的到达时间差包含了声源的距离信息，因此利用warping 变换计算到达时间差后即可进行声源的测距[3-4]。而对于非脉冲的宽带信号，基于波导不变量β 的测距方法也受到越来越多的关注[5-7]。在浅海区域，由于声简正波之间的相互干涉，水平阵接收到的低频宽带声强在ω-r 平面内会形成非常规则的条纹结构，波导不变量β 与条纹斜率密切相关[8]。波导不变量β 从根本上说是由声简正波之间的干涉特性决定的。对于等声速浅海波导来说
声学与电子工程 2021年1期2021-04-19
- 浅海中声源激发的波场成分及特性分析
一[1–8]。简正波理论通过相长干涉的作用来体现声场能量的变化和空间分布，各阶简正波的相速度和群速度可直接与声场相位和能量的传播相对应，形式简单，物理意义明确直观，并且简正波理论频率适用范围广，尤其是中低频的情况，因此多被用于研究浅海声场传播问题[9–11]。但随着减震降噪技术的提高，舰船辐射噪声水平大幅降低[12]，然而现有的降噪技术对几到几十赫兹内的甚低频辐射噪声仍很难消除，由于甚低频声波的传播会受到浅海波导截止频率的限制，使得甚低频声波信号局限在声源
电子与信息学报 2021年3期2021-04-06
- 基于简正波模态的浅海声传播的最佳深度规律研究
理想液体波导中简正波阶数对最佳深度影响的研究，得出简正波模态叠加是产生最佳深度的根本原因，并较为全面地总结了不同环境下最佳深度的规律。1 理论公式浅海声传播问题可以近似采用单位强度的谐和点声源在水平均匀的分层波导中的响应来模拟，任意一点的声压p满足如下波动方程[11]：式中：p(r,z,t)为与水平距离r、深度z和时间t相关的声压；c(z),ρ(z)分别为与深度相关的声速和密度，s(t)代表点声源强度。在柱坐标系下上述方程转化为：计算区域的边界条件、海水深
舰船科学技术 2021年1期2021-03-09
- 利用声场简正波幅度起伏反演内波传播速度
波能够引起声场简正波耦合、接收信号能量起伏、多途时延起伏、声场退相关等[1-2]；而当声传播路径与内波波阵面近似平行时，非线性内波会引起声场显著的三维效应，如声线的水平折射、聚焦和发散效应等[3-5]。另一方面是逆问题研究，即利用声场信息进行内波参数反演，这方面的研究工作目前涉及较少，主要原因是反演问题首先需要建立内波特征与声场变化的定量关系，而建立两者之间的定量关系相比定性规律总结要困难许多；此外，定量关系往往是在理想条件下得到的，但实际情况往往比较复杂
哈尔滨工程大学学报 2020年10期2020-12-15
- 浅海低频集约参数混响强度模型
于可以利用少数简正波描述声场的浅海低频情况，特别是负梯度声速剖面条件下，海底散射是引起混响的主要因素[1]。根据对海底散射的处理方法，众多的浅海混响特性建模工作可以分为2类[2]：1)基于海底经验散射的混响模型，此类混响模型将双向传播过程和海底反向散射过程分别考虑，传播过程利用射线理论、简正波理论、抛物近似(PE)等描述，散射过程则利用经验散射函数。浅海低频远程的情况下，利用射线理论来研究混响不能给出满意的结果，在传播理论中，简正波方法对于浅海低频信道十分
哈尔滨工程大学学报 2020年10期2020-12-15
- 非线性内波引起的浅海混响强度异常震荡
能量耦合嵌入到简正波混响理论，提出了一种考虑水体耦合效应的耦合简正波混响模型。1 非线性内波引起的混响与杂波理论本文选取浅海Pekeris波导，平均海深为70 m，上层海水的平均声速为1 500 m/s，液态半无限海底声速为1 700 m/s。水体和液态海底密度比为1.6，海底声吸收系数为0.4 dB/λ，海水中的声速梯度是黄海夏季常见的典型孤子内波环境，在15～25 m处有强的温跃层，具体的海水中声速分布如图1所示。声源接收器的配置形式为收发合置，布放深
哈尔滨工程大学学报 2020年10期2020-12-15
- 基于模式能量比的海底声衰减系数反演
到[3−4]。简正波分离是模衰减系数和模式能量比提取的基础。简正波方法可分为两大类：一是空域分离方法，如基于垂直阵或水平阵的模过滤；二是时域或频域分离方法，如短时傅里叶变换(Short time Fourier transform,STFT)、小波变换、warping变换[5]等，它们适用于单水听器接收情况。STFT是传统的简正波分离方法，它适用于任何水文环境条件，但是简正波分离性能容易受到加窗函数的影响。warping变换技术通过坐标轴变换，把不同时间到
应用声学 2020年4期2020-09-24
- 基于高阶累积量的简正波声场匹配场定位效果分析
分解。国内有关简正波声场以及匹配场的相关研究也取得了一些成果：杨坤德[9]在基于环境扰动的匹配场和自适应匹配场领域颇有建树；王奇等[10]分析了浅海环境参数失配问题对匹配场处理的影响；邹士新等[11]进一步比较了在浅海匹配场环境中几种优化算法的性能；何怡等[12]将WKBZ 简正波理论应用于匹配场定位；李建龙等[13]对不确定海洋环境下的匹配场处理做出了相关讨论；李倩倩等[14]进一步研究了在不确定海洋环境下的贝叶斯声源定位法；肖鹏等[15]对模态滤波匹配
海洋技术学报 2020年3期2020-08-19
- 浅海波导中简正波干涉特征频率增强∗
离相关联的干涉简正波频率或时延特征。在运动声源的距离估计方面，已提出的利用干涉简正波特征频率[1−2]和干涉简正波延时信息[3]的方法具有非常稳健的性能。然而，在实际海洋环境中，由于环境噪声的影响，接收信号或阵列输出信号具有较低的信噪比，使得信号的干涉简正波特征频谱往往淹没在噪声中，从而影响了被动测距的跟踪性能。增强信噪比的常见解决思路是时间累积，然而传统的时间累积(例如常规波束形成中的长时间非相干累积)不能有效提高干涉简正波特征频谱的信噪比，这是因为水声
应用声学 2020年6期2020-03-03
- 浅海孤子内波对水平纵向相关性的影响∗
内波引起的高号简正波到达时间起伏。声场水平相干特性是影响声呐阵探测性能的重要因素。导致声场水平纵向相关下降的主要因素有介质的不均匀性和多途干涉，通过研究孤子内波对水平纵向相关性的影响，对分析孤子内波海域声呐探测具有重要的意义。由于海洋介质的不均匀性、海底不平、多途效应都会对声场的水平纵向相关性产生影响，因此对水平纵向性的研究得到了广泛的关注。宋俊等[8]从物理意义上研究分析了浅海孤子内波存在下水平纵向相关性的周期性变化。Guo 等[9]、Li 等[10]研
应用声学 2019年5期2019-11-30
- 孤子内波环境下三维声传播建模*
于双向三维耦合简正波模型,该模型在计算效率上能够至少提高一个数量级.除了孤子内波环境之外,本模型还适用于存在小尺度海脊等反向散射比较弱的一般水平变化波导环境.本文用该模型计算由KdV方程得到的孤子内波问题,并用双向三维耦合简正波模型作为标准模型来验证本模型的计算精度.计算结果表明本模型在反向散射比较弱的波导环境中具有非常高的计算精度.1 引 言作为一种中尺度海洋现象,内波对水下声传播具有显著影响.因此,在过去的几十年中人们对内波问题做了大量研究[1-15]
物理学报 2019年20期2019-10-25
- 浅海水平线阵接收海底混响序列仿真
数据支撑。借助简正波理论研究海底散射声场，将海底散射场视为海洋传输网络形成的传递函数，在此基础上将海底散射微元按方位角均匀划分，依据阵元间的相位关系给出了水平线阵接收海底混响序列的仿真方法。以负梯度浅海环境为例进行了混响仿真，并对仿真序列的频谱特征、统计特征、空间相关特征进行了验证，结果表明该方法获得的混响序列特性与理论预测相符，可以为抗混响技术研究提供参考。混响；散射；水平线阵；简正波；相关性0 引言浅海环境中，海底混响作为主动声呐的背景干扰，一直是声呐
声学技术 2019年4期2019-09-02
- 利用气枪声源数据的地声参数反演∗
林等[7]利用简正波过滤技术获取简正波群延时。郭晓乐等[8]利用warping变换提取来获取频散曲线的时间差来反演海底声速与密度。Potty等[9]、Zeng等[10]在各自的文献中均利用模式幅值比来获取海底衰减系数。相比而言，利用传播损失拟合获取海底衰减系数是一种简单易行的方法[8]。不同的声学特征参数对反演海底参数的敏感性不同，利用此原理进行分步反演[11]一方面能获取到最敏感的参数，同时提高计算速率。信号处理的方法能够准确地提取不同的声场特征，其中w
应用声学 2019年3期2019-07-25
- 以简正波解为初始场的抛物方程算法应用于深海声传播预报
预报方法主要有简正波方法[1]，耦合简正波方法[2]，射线法[3]，抛物方程方法[4-5]，波数积分法[6]等。在深海中，环境参数不仅在深度上起伏变化，在水平方向上也会因内波、涡旋、锋面、洋流等现象而发生变化。简正波方法和波数积分法仅适用于水平方向环境参数不变的波导，故不适用于深海声传播预报。耦合简正波方法、抛物方程方法和射线方法适用于深海中环境参数同时随距离、深度变化的波导。这三种方法各有优缺点。耦合简正波方法的优点在于具有清晰的物理意义，但缺点是耦合系
声学技术 2019年2期2019-05-21
- 表面声道对深海风成噪声垂直空间特性的影响规律*
ris割线下的简正波理论描述噪声的传播过程, 研究了深海环境下存在表面声道时, 表面声道以下噪声垂直空间特性的变化规律及其原因. 研究表明, 在临界深度以上, 表面声道的存在导致噪声垂直方向性在水平凹槽边缘靠近海底方向上的峰值升高,噪声垂直相关性随垂直距离增加先后周期地向正相干和负相干方向偏移; 在临界深度以下, 表面声道的存在导致水平方向上的噪声能量增强, 噪声垂直相关性整体向正相干方向偏移. 当表面声道的参数变化时, 表面声道的厚度变化对噪声垂直空间特
物理学报 2019年2期2019-03-11
- 海底衰减系数对舰船地震波的影响
他弹性波，比如简正波、广义 Rayleigh波等，因此本文中的舰船地震波指的是海底表面可以测量到的所有弹性波。目前对舰船地震波的理论研究主要分为地震波形成机理分析、舰船地震波场的仿真计算以及实验测量等。文献[1]指出，在浅海传播条件下，海底声学特性对低频和极低频声波传播的影响几乎是决定性的，论证了舰船地震波在水中目标探测中的重要应用前景。文献[2]通过波数积分方法详细研究了海底参数、声源频率及深度、海水深度及声速剖面等因素对海水以及海底中声场空间分布的影响
声学与电子工程 2018年4期2019-01-12
- 基于波导不变性的运动目标威胁分析
离传播时，可用简正波理论进行声场分析。辐射点源深度为zs，信号频率为ω，幅度为A(ω)，则距离点源水平距离为r,深度为zr的接收机接收信号的声压为：由式（1）可知，声强可以表示为：式中，P(ω)为功率谱，且假定其在处理频段内连续且平坦，Δκmn为第m阶与第n阶简正波水平波数差，即：Δκmn(ω)=κm(ω)-κn(ω)。由式（2）可知，声强由两部分组成：第一部分为直流分量，该项是距离r和频率ω的缓变函数；第二项为震荡分量，体现了不同阶简正波间的相互干涉，是
声学与电子工程 2018年4期2019-01-12
- 基于简正波分解的不同阵列匹配场定位性能分析∗
接收到的声场做简正波分解,并对所得到的简正波分解矩阵进行分析,设计不同阵形对声源目标进行定位,着力提高实际实验环境下的定位性能,并降低实验设备布放难度.仿真结果表明,如果其中一个子阵对简正波分解效果较差,就会影响到最终定位效果.因此,在实际应用中,组合阵列的长度、阵元等参数的选取尤为重要.2 垂直阵的简正波分解矩阵与阵形设计记垂直接收阵的N个阵元位于(rn,zn),rn≡(xn,yn),n=1,2,···,N; 目标声源位于(rs,zs),rs≡(xs,y
物理学报 2018年17期2018-09-21
- 基于波导不变量的深海船舶噪声特征研究
于c底层声速的简正波形成的，这些简正波下反转点在海底上方，不与海底发生接触；图3（b）给出了反射会聚区声线传播轨迹，从图中可以看出，反射会聚区主要是由海底反射模式，即相速度大于c底层声速的简正波形成的，这些简正波与海底发生接触。通过典型深海环境效应的分析，可以看出，在深海环境，由于深海声道会聚区和反射会聚区的存在，接收到的船舶噪声信号，既可能是直达波目标、又可能是深海声道会聚区目标或者反射会聚区目标。对于会聚区或反射会聚区内的船舶目标，由于距离较远，其噪声
船舶力学 2018年7期2018-07-30
- 一种高效的宽带简正波本征值计算方法
一种高效的宽带简正波本征值计算方法杨雪峰1,2，王好忠3，骆文于4，胡长青1(1. 中国科学院声学研究所东海研究站，上海 201815；2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 中国海洋大学，山东青岛 266100；4. 中国科学院声学研究所，北京 100190)为提高宽带简正波本征值的计算效率，汉密尔顿方法通过公式变换抵消频率项，将宽带简正波本征值的计算由频率、本征值实部和虚部的三维寻根降低至本征值实部和虚部的二维寻根，可以一次性求解单号简正波所有
声学技术 2018年3期2018-07-20
- 浅海远程混响与目标回波融合仿真方法研究
基本方法是借助简正波理论计算声传播过程，在海底附近将简正波分解为上行波和下行波（本征函数展开法），结合海底散射函数得到海底散射场，再结合发射信号强度及脉宽等参数可以进一步计算混响强度和混响序列。波导中目标散射问题与海底微元散射类似，主要区别在于散射函数，可以采用相同方法研究，文献[4,5]利用本征函数展开法系统地研究了波导中目标散射问题，并且提出了模式匹配(Matched-mode processing)目标定位方法和目标散射函数反演方法。文献[6]将目标
声学与电子工程 2018年2期2018-07-10
- 基于简正波的混响声压模型
元散射模型，在简正波声强模型的基础上提出了一种基于简正波理论的声压模型，减小了计算量，且模型中傅里叶变换的应用使得该方法也适用于宽带发射信号。1 声压模型混响伴随着声呐发射信号而产生，与发射信号本身的特性和传播通道的特性有着密切的关系，是主动声呐主要的干扰因素。混响信号是由大量独立的散射体所产生的散射声在接收点叠加而形成的。对于海底混响，假设海底各散射单元之间是独立的，则t时刻混响信号可表示为[2]式中，s(t)是主动声呐发射波形，ti是第i个散射区域产生
声学与电子工程 2018年2期2018-07-10
- 浅海声场相干特性研究
纵向水平相关简正波计算空气与海水间存在比较大的声阻，这就会导致声源从水下发出声波时，会发生某一点声压的数值正好是0的点，那就是软边界点。在现实中这一软边界的点存在在空气与海水分割面上，根据简正波的理论可以得出，位于水下的声场可以利用下列方式来表达：在这个公式中，H代表着海深程度，声源深度用z来表示，其中的汉克尔第一类函数使用H0来代替的，在远场中汉克尔函数还有一种近似表达式：同时还有第二种可能就是声源来源方式不同，当生源不是来自于浅海中而是存在空气中时，
信息记录材料 2018年8期2018-07-05
- 一种会聚区声场基于参数化表征的方法研究∗
。2 深海波导简正波声场特征深海典型的声速剖面为“三层结构”型，存在一个声速最小声道轴，由于声线被限制在海面和海底之间，在水中反转时没有能量损失，故能在深海中进行远距离传播，形成会聚区现象。简正波理论是分析和计算声场的重要理论方法，在描述声场特征时具有物理概念清晰，数学表达明确等优点。假设海水为水平无变化介质，波动方程在海面和海底边界条件下，远场解析解［5］为其中p(r,z)表示接收处声压，z、zs分别为接收处和声源深度，r为水平距离，Ψm为特征函数，kr
舰船电子工程 2018年5期2018-05-29
- 浅海中目标的有源对消回声隐身研究
；un（z）为简正波深度函数；为目标平面波散射函数；其中为入射声源方位，（α，β）为场点空间方位；M为简正波的数目。第n阶模态的水平和垂直波数分量分别为，。k为波数。简正波的深度函数可写为上行、下行的平面波分量表达形式：其中：和为第n阶简正波上行、下行的平面波分量的幅度。式（1）可应用于浅海波导中刚性、绝对软、阻抗边界等目标的散射声场计算。由于浅海波导中目标的存在，每一个入射的简正波都转化为能够存在的所有M阶简正波。M阶简正波会产生4M2的散射分量，浅海波
舰船科学技术 2018年4期2018-05-16
- 一种快速求解宽频简正波的方法
种快速求解宽频简正波的方法朱飞龙1,2，李风华1，Eric I. Thorsos3(1. 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室，北京 100190；2. 中国科学院大学，北京 100049；3.Applied Physics Laboratory, University of Washington WA, 98105 USA)针对宽带信号的简正波解，传统的求解简正波数值方法常常需要重复计算本征值方程，计算效率低。文中将频率的变化当作扰动，提出利用微
声学技术 2018年1期2018-04-11
- 一种基于单水听器的浅海水下声源被动测距方法∗
接收信号由各阶简正波之间相互干涉叠加而成,每阶简正波都保留了大量的海洋环境信息,如何有效地利用各阶简正波的信息进行水下声源的定位是近年来水声领域的一个重要研究内容[1],而基于单水听器的水下声源的被动测距则是其中的一个重要方面.与匹配场[2]等被动测距技术不同,单水听器测距方法不需要庞大的水听器阵以及大量的声场计算,但是为了准确有效地测量声源距离,需要知道详细的波导环境参数,这为实际测量带来了困难.针对这一情况,已提出了基于波导不变量的被动测距方法和基于阵
物理学报 2017年18期2018-01-11
- 一种基于波数积分方法的线源声场计算方法
积分模型与传统简正波模型KRAKENC的结果进行比较，结果显示，当某号简正波的波数与海底波数接近时，KRAKENC计算不出该号简正波，会导致KARKENC的计算结果不准确，而波数积分方法可以很好地解决该问题。因此，提出的方法可以作为Pekeris波导中线源激发声场的标准模型。线源问题；波数积分；稳定性解法0 引言Pekeris波导作为一个经典声传播问题环境模型，是由Pekeris在1948年发表的文章中首次较完整地提出并给出了海上试验结果[1]。布列霍夫斯
声学技术 2017年5期2017-12-01
- warping变换提取单模态反演海底衰减系数∗
法分离出单模态简正波.对于接收深度固定、定深爆炸声源情况,以简正波理论为基础定义了距离归一化的简正波传播损失,并且其随传播的距离呈线性关系,故可通过此变化规律得到声压值实部的衰减因子,进而可求得海底地声模型参数:海底衰减系数.为验证此方法的有效性,仿真了warping变换提取单模态简正波的过程,同时将warping变换提取的单模态简正波与数值计算的结果进行比较验证;并针对某次黄海试验数据进行了处理,得到在150—550 Hz频带范围内海底衰减随频率的变化规
物理学报 2017年20期2017-11-12
- 波导不变量谱值及其分离方法∗
工程应用,按照简正波频散的定义适合理论分析.在有跃层的波导中,这两种定义方式并不完全一致.由于简正波频散特性差异,按照频散特性定义的波导不变量β会有许多不同的取值,这些β被称为波导不变量的β谱.此时声场干涉结构应该用多个β来描述,而以往的β提取算法只能给出一个最佳估计值,导致一些信息的丢失.借鉴图像处理中的积分投影概念,将声强图像按照角度进行积分投影,以分离不同斜率的条纹成分;然后对投影曲线进行傅里叶变换,以分离不同间距的条纹成分,最终实现各个β谱值的分离
物理学报 2017年11期2017-08-09
- 一种基于模态匹配的浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距方法∗
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
物理学报 2017年9期2017-08-09
- 考虑噪声源深度分布的海洋环境噪声模型及地声参数反演∗
特征的影响并从简正波角度予以解释,发现海底声阻抗和声源深度都显著影响由海洋环境噪声获得的等效海底反射损失大掠射角部分,进而将该模型用于地声参数反演.两段实测噪声数据200—525 Hz频段的反演结果表明:基于海洋环境噪声的地声参数反演最优值与声传播的反演结果相近;源平均深度最优值随频率增加有变小的趋势,说明随频率增加环境噪声主要贡献源逐渐由航船转为风浪;当海况大于3级时,400 Hz以上频段噪声源深度平均值很小,与Monahan气泡理论的描述一致.环境噪声
物理学报 2017年1期2017-07-31
- 空气声源激发的浅海声场的理论研究
水中有三阶波导简正波。若有波导简正波存在，必能以较小传播损失远程传播。这与作者先前发表的文献[4-5]中利用射线理论解释实验结果有重大差别。作者没有仔细甄别这两种差别。实际情况下，海面上空气由于温度、风等因素的影响，其声速分布并非均匀的。为进一步分析空气中声速分布对直升机激发的水下声场的影响，本文将空气中声速分布假设为 Epstein分布[7-9]，海水和海底声速分布假设为均匀分布，并利用波动方程求解声场形式解，分析了声压场及振速场的特性。1 三层Peke
声学技术 2017年6期2017-02-06
- 模式匹配法水下目标定位仿真研究❋
建立，本文使用简正波模型；第二部分介绍匹配场处理方法和匹配模处理方法的处理器；第三部分为两种处理方法的实验仿真；第四部分得出结论，并对未来研究做出展望。2 简正波声场计算假设海面和海底构成一个平行的平面层，层内介质均匀且边界是绝对边界。如果层的厚度是H，横轴r为距离，纵轴z为深度，这样的边界就可简化为在无穷远处行为可忽略。进一步假定，在层中所传播的简谐波对时间的关系为e－jwt，并且不考虑声源的激发状态，而只考虑层中波的一般行为，此时声源的奇性条件也可不予
微处理机 2016年1期2016-11-21
- 浅海阵不变量和波导不变量关系的研究
的关系，可利用简正波理论推导出阵不变量和波导不变量的关系式。利用2009年青岛崂山湾海试实验垂直阵数据提取的阵不变量，以及通过实验真实环境仿真得到的波导不变量，验证了上述关系式。阵不变量和波导不变量关系的明确，理论上可以改善阵不变量测距精度，进一步扩大两者的应用范围。阵不变量；波导不变量；简正波俯仰角在研究浅海波导声场的干涉和多途结构时，研究人员提出了波导不变量和阵不变量的概念，并被广泛用于解决浅海声源被动测距等实际问题。波导不变量最早是由S.D.Chup
海洋技术学报 2016年2期2016-10-25
- 利用宽带引导声源重构拷贝声场的目标声源定位∗
种方法主要基于简正波估计和声场重构两种关键技术，同时省去了匹配场定位技术中大量的拷贝声场计算。数值仿真主要采用线性Bartlett匹配处理器分析了目标定位效果，在信噪比高于10 dB的情况下，定位效果良好。引导声源，简正波估计，声场重构，目标定位1 引言由于复杂的声环境使得声纳技术受到明显制约，目标定位技术在水声研究领域中受到越来越多的关注。传统的匹配场处理技术（Matched field processing，MFP）出现于上世纪80年代，在目标探测和三
应用声学 2015年2期2015-10-28
- 浅海单模入射声场目标回波特性研究
发出指定的单个简正波声场，可以降低海底混响干扰，简化目标回波多途结构，为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上，采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题，建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型，并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明：总声源级相同条件下，单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益，目标回波具有较高的声压级；单模入射能够消除单程多途的影响，回波结构相对简单，有利于目标的探测和识别
声学技术 2015年1期2015-10-13
- 射线稳定性参数与波导不变量❋
6000)基于简正波理论的波导不变量在声传播特性描述中已得到广泛应用，而当环境与距离无关或存在轻微扰动时，基于射线理论的声场特性可以用一个新的物理量—射线稳定性参数来描述。本文通过简正波干涉声场数值模拟，通过分析简正波相长干涉形成的能量包传播路径与射线传播路径相互关系，利用简正波水平干涉结构距离上的周期性与射线水平跨距相等的特点，采用简洁方式证明了射线稳定性参数与简正波波导不变量间的等价性，从而在射线和简正波理论中建立了一个新的联系。对远距离射线模型声传播
中国海洋大学学报（自然科学版） 2015年11期2015-06-01
- 距离域干涉谱反演海底参数方法研究
可以表示为各号简正波的累加，对于声强有：其中，式（1）中r为声源到接收器的水平距离;zs和z分别为声源和接收器的深度；ψn（z）为n号简正波的本征函数；kn和βn分别为n号简正波的水平波数和衰减系数。第1项为非相干项，随距离和频率缓慢变化；第2项为相干项，由于各号简正波之间相互干涉，相干项会随距离出现振荡。当声源频率较低时，激发的简正波的号数较少，相干项会在距离-频率平面上表现出明显的干涉条纹。从式（1）进行分析，对于某一固定频率，声场随着距离的分布，有一
科技视界 2015年32期2015-04-24
- 基于神经网络的海面噪声预测算法
神经网络算法对简正波模型进行改进，研究小角度范围内噪声场的密度函数，并发散至大广角范围，得到海面噪声以及噪声信道的统计特性函数，并进行了实验。关键词：神经网络；简正波；海面噪声0引言随着海洋开发的持续深入，船舶及探测系统已越来越向纵深发展。海底探测现行主要技术是声呐探测，但是海洋环境噪声对声呐探测会造成一定干扰，所以对海洋噪声的研究成为海洋探测领域中很重要的课题，在对目标物进行探测定位时，首先需要了解目标物周围的噪声场统计特性。现在已发展了多种海洋噪声预测
舰船科学技术 2015年2期2015-03-14
- 浅海中单矢量水听器高分辨方位估计方法
制，首先推导出简正波理论下单矢量水听器的信号接收模型，然后将其与矢量最优化理论相结合，同时针对环境失配和系统失配问题，设置合适的最优化目标函数，获取该优化问题下的最优权矢量，得到简正波模型下的稳健处理器形式，以提高对失配问题的适应性和稳健性。1 单矢量水听器的简正波接收模型在理想情况下，N个远场窄带信号入射到空间L元阵列上，阵列接收窄带信号的波达方向(DOA)数学模型为式中:A(θ)是空间阵列的L×N维流型矩阵，X(t)是阵列的L×1维快拍数据矢量，s(t
哈尔滨工程大学学报 2014年2期2014-08-26
- 不同权矢量下水声低频相控垂直阵远程探测性能的研究
是“单模(单号简正波)”激发的关健硬件设备之一，是伴随这一新概念性技术而生的新工具。通过开环或闭环算法控制相控阵单元的幅度及延迟，经声波相互叠加，可形成稳定的单模声场或有一定指向的多模声场，实现较高能效比的远程目标探测。现有的相控阵研究多集中在雷达方面，已经非常成熟;在医疗超声领域也有近三十年的研究历史;在浅海水声学方面，利用相控阵[1，2]进行单模激发的理论、实验与应用研究才刚起步。自从上世纪70年代Bucker和Williams把简正波理论(norma
应用声学 2014年2期2014-07-30
- 倾斜海底情况下声矢量场的计算
于抛物方程法和简正波法对倾斜海底情况下的声矢量场进行了计算，并根据计算结果对倾斜海底情况下声矢量场的传播特性进行了初步分析.2 倾斜海底情况下声矢量场计算方法目前，适合水平变化海洋环境声场计算的方法主要有两种:抛物方程法［3］和简正波法［4］，这里将这两种方法进行推广，使其能计算海洋环境水平变化时的声矢量场.2.1 抛物方程法假设介质密度ρ为常数，在柱坐标系下，简谐点源产生的声场满足Helmholtz方程:其中p为声压，r和z分别表示水平距离和深度，ω是角
泰山学院学报 2014年3期2014-05-12
- 三元阵被动测距在浅海低频条件下的声速修正
真结果表明选用简正波相速度用于距离解算能有效降低浅海低频时三点被动测距方法的误差。低频声场；浅海波导；三点被动测距；声速选取0 引言为提高被动三元阵的测距[1-3]精度，国内外学者对时延测量误差和安装精度误差进行了深入研究，但对于速度参数的选取问题却鲜有问津。之前的应用中由于声呐工作频段较高，距离解算的速度项一般取海水声速。目前随着声呐技术的发展和远距离探测的需要，低频化已成为声呐发展的方向。频率降低后，浅海波导声传播中简正波的相速度、群速度与海水声速的差
声学技术 2014年6期2014-05-11
- 水平线列阵的最佳工作深度选择＊
22）1 引言简正波模型采用简正波模式表示Helmholtz方程的解。Perkeris最早将该方法引入到水声学中，并详细地研究了Perkeris波导的声传播问题。随着数值计算技术的迅速发展，现在可以对任意边界条件和多分层边界条件进行求解。因此，简正波模型在水声学中的应用越来越广泛。传统的声纳都要依托舰艇平台，因而受到许多限制，拖曳变深声纳的出现，部分地突破了上述局限。为扩展阵列声纳孔径，变深声纳的拖体逐渐演变成数百米的长线阵列，形成了拖曳线阵列声纳。研究线
舰船电子工程 2013年5期2013-11-23
- 声在随机介质波导中的传播
)为第n阶局地简正波，并应满足下列方程式与边界条件:将Zn写为ε的幂级数，即将此表示代入式(4)，按照ε的同幂次项进行整理后，可分别得到:上述公式及今后为了书写简便起见，对φ、ψ、Z等函数，当其有关公式基本相同时，即省略各函数的肩标，而不再分别列出.已知对两层均匀介质的Pekeris波导有:根据式(12)、(13)求解声场的一次近似时，可选用以下函数做为微分方程的2个线性独立解:依照二阶微分方程求特解的方法，最后可得其中:Λn、Δn均为与随机量无关的确定性
哈尔滨工程大学学报 2012年5期2012-04-13
- 海洋声学层析及其研究中的一种新方法*
射线传播时间、简正波传播时间、简正波相位等角度阐述了海洋声学层析研究中对海洋监测的具体实现方法。针对目前海洋声学层析研究的现状和不足之处提出了一种新的方法,利用声场的耦合简正波理论进行浅海声学层析研究。海洋声学层析;声场简正波耦合;声传播;浅海声学海洋声学层析(Ocean Acoustic Tomography)作为利用声学手段对海洋内部现象和过程进行研究的一种技术,自1979年由Munk W and Wunsch C[1]提出后,在海洋学界和声学界科学家
潍坊学院学报 2010年4期2010-10-09
- 水声传播建模研究现状综述
论和水平分层的简正波理论，它们处理问题的能力很有限，只能计算水平不变问题。从20世纪70年代开始，出现了抛物方程理论及耦合简正波理论，可以处理水平变化的二维声传播问题。近半个世纪以来，国内外都投入了相当大的力量，在建模理论和相应的计算方法方面取得了重大进展。1 各类声传播建模理论现状声波在海洋中的传播满足最基本的波动方程，但由于海洋环境条件的复杂多变，声信号在海洋信道中的传递存在着强烈的畸变和涨落，海水中的声场分布也非常复杂。为了能够反映出海洋环境因素对声
海洋技术学报 2010年4期2010-04-10