检索结果-内蒙古大学图书馆

声场建模与声场分析是水声学的重要内容。由于声呐工作频率逐渐降低,而低频声波可透入海底较深处并经弹性海底反射回到海水中,故声场建模时需考虑弹性海底横波的影响。同时,声呐作用距离日益增加,而远程声传播过程中由介质水平不均匀性与海底起伏引起的水平折射效应不可忽略,故声场建模时还应考虑水平折射效应。本文围绕楔形海域声场建模及水平折射影响展开研究。首先,建立了可计算弹性海底情况下楔形海区声场的抛物方程模型。其次,为检验抛物方程模型,对计算楔形海区声场的经典方法——虚源法——进行了改进,并对比分析了抛物方程模型与虚源法的计算结果。最后,针对矢量水听器的应用需求,分析了声波水平折射对声矢量场特性的影响。具体研究内容如下:(1)具有弹性海底的楔形海区中抛物方程声场建模研究针对具有弹性海底的楔形海区,建立了基于抛物方程的声场计算模型。首先,根据弹性运动方程推导出了弹性抛物方程表达式;其次,采用坐标映射法处理倾斜海底边界条件;然后,结合楔形海区的特点对方程作Fourier变换,使三维声场求解问题简化为二维声场求解问题,再通过逆Fourier变换合成三维声场。水平波导与楔形波导中声场计算结果表明,本文模型的计算结果在一定水平开角范围内较为准确。利用Padé近似理论分析得出,Padé近似阶数取8阶时水平开角可达70～80度,且声场递推步长越小时开角越大。对楔形波导及大陆坡/大陆架过渡海域的声场计算结果表明,在水平方位角越大的方向,声波水平折射对声场的影响越大。大陆坡/大陆架过渡海域声场计算结果还表明,海底倾斜区域中的水平折射会对后续水平区域中声场造成持续影响。此外,将抛物方程模型的声场预报结果与水池实验测量结果进行对比,进一步验证了模型的精度。(2)虚源法中反射系数单值分支选取方法研究虚源法适用于楔形波导声场计算,是检验三维声场计算模型的标准模型。现有的文献仅指出虚源法中反射系数单值分支的选取应遵循“无穷远辐射条件”。学者***公布了虚源法程序,并在程序中给出了一种具体的分支选取方法。不过目前公开发表的文献中未见关于Petrov程序中分支选取方法的严格证明,且该程序的声场计算结果仍存在一些扰动。因此,本文对分支选取问题进行深入分析。对于海底无吸收的情况,利用无穷远辐射条件并结合一系列数值算例,分析总结出分支选取应遵循以下原则,即透射波垂直波数与入射波垂直波数位于复平面同一象限,其物理意义是透射波垂直分量的传播方向和衰减方向总是与入射波垂直分量的传播方向和衰减方向保持一致。Petrov分支选取方法在海底无吸收时选出的分支符合上述原则,故Petrov分支选取方法适用于海底无吸收情况。海底有吸收情况下,一小部分平面波的反射系数分支无法通过上述原则来判断,不过若按照透射波垂直波数与入射波垂直波数实部同号的原则进行分支选取,仍能得到较为准确的声场解。海底有吸收情况下楔形海区三维声场计算结果表明,基于本文分支选取原则的虚源法计算结果比Petrov虚源法程序计算结果更为光滑。最后,仿真并分析了一系列海底横波声速不同的楔形波导中的三维声场,这些计算结果可用于检验其他三维声场计算模型。(3)水平折射对声矢量场特性的影响分析考虑到近年来矢量水听器的广泛应用,而声矢量场特性是矢量信号处理的理论基础,故研究了声波水平折射对声矢量场特性的影响。根据三维声传播问题与柱对称二维声传播问题的基本差异,即环境参数是否与水平方位角有关,分析出水平折射对声矢量场特性的两点影响,即质点水平位移的椭圆偏振与声能流方向的水平偏转。一方面,分析处理了质点位移轨迹测量的海上实验数据,发现不同声源位置情况下接收点处质点水平位移均成椭圆偏振。由此可知,在实际海洋环境中由于介质水平不均匀性与地形起伏,声波传播过程中总是伴随着水平折射效应。另一方面,仿真计算了ASA楔形波导空间各点处的声能流水平偏转角,结果显示部分区域声能流水平偏转角达10度以上。结合这一仿真结果,并考虑到声能流的水平偏转会导致声能流方向偏离于目标真实水平方位,可知声波的水平折射可对目标水平方位估计造成显著影响。

关键词：弹性海底楔形海区声传播水平折射声矢量场

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弹性海底边界的声导纳公式及对快速场模型的改进(英文)

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声学技术 2006年第6期25卷 595-601页

作者：张翼鹏张大海西北工业大学声学工程研究所西安710072

West对基于传播矩阵的快速场算法进行改进,采用了迭代算法,使得基于传播矩阵的快速场算法的计算速度、计算精度以及稳定性有很大改进。但是,迭代算法仅适用于分层液态介质环境,当海底为弹性介质时,迭代算法无法使用。通过对弹性介质中... 详细信息

West对基于传播矩阵的快速场算法进行改进,采用了迭代算法,使得基于传播矩阵的快速场算法的计算速度、计算精度以及稳定性有很大改进。但是,迭代算法仅适用于分层液态介质环境,当海底为弹性介质时,迭代算法无法使用。通过对弹性介质中的声传播规律进行研究,推导了弹性半空间边界处的声导纳计算公式。用该公式替代文献[4]给出的边界处声导纳计算公式后,迭代算法可以计算海底为弹性介质时的声场。根据所述方法编制了相应的快速场程序,通过算例比较,说明了该方法的有效性。在典型的浅海环境下,用快速场计算了不同频率的声传播损失曲线。计算结果表明,海底存在切变波时,低频声传播受到的影响较大。因此在考虑低频声传播时,将海底建模为弹性介质是必要的。

关键词：快速场弹性海底

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基于抛物方程的弹性海底声场计算方法研究

基于抛物方程的弹性海底声场计算方法研究

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作者：安旭东哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

为了研究浅海环境中弹性海底对声传播的影响,本文基于抛物方程近似,利用坐标映射方法,建立了与距离相关的具有弹性海底的海洋环境中低频/甚低频声传播模型,并给出了能够处理剪切波波速很小的变步长抛物方程方法。通过选取多组海洋环境... 详细信息

为了研究浅海环境中弹性海底对声传播的影响,本文基于抛物方程近似,利用坐标映射方法,建立了与距离相关的具有弹性海底的海洋环境中低频/甚低频声传播模型,并给出了能够处理剪切波波速很小的变步长抛物方程方法。通过选取多组海洋环境参数进行仿真分析验证了坐标映射抛物方程方法可以进行具有弹性海底的低频/甚低频中远程声场计算,且具有较高的精度；坐标映射抛物方程方法在计算不规则变化弹性海底环境的声场比旋转抛物方程方法更为准确。当剪切波波速很小时,变步长抛物方程理论克服了利用等步长抛物方程,步长小计算效率低以及计算不稳定的缺点；具有弹性海底的低频声传播实验实际测量得到的声传播损失曲线与理论结果吻合的很好,验证了坐标映射抛物方程方法的正确性；当水平方位角相差很小时,测量得到的声传播损失基本相同,三维效应不明显。当水平方位角相差很大时,测量得到的声传播损失曲线在对应距离上存在相似性,三维效应很明显；通过实验过程中对多途结构的分析研究,证明了低频声传播实验测量的正确性。

关键词：弹性海底抛物方程坐标映射变步长

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水平分层弹性海底环境下Scholte波特性的研究

水平分层弹性海底环境下Scholte波特性的研究

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中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议

作者：祝捍皓朴胜春张海刚刘伟哈尔滨工程大学水声技术重点实验室

本文在具有弹性海底Pekeris波导模型的基础上,在直角坐标系下利用流体和弹性体中的波动方程,研究了多层海底计算模型下Scholte表面波的频散特性,及其质点运动轨迹和质点位移分布情况。

关键词：弹性海底 Scholte波频散曲线位移

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水平分层弹性海底环境下Scholte波特性的研究

水平分层弹性海底环境下Scholte波特性的研究

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2011年中国声学学会水声学分会学术交流会

作者：祝捍皓朴胜春张海刚刘伟哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001

本文在具有弹性海底Pekeris波导模型的基础上，在直角坐标系下利用流体和弹性体中的波动方程，研究了多层海底计算模型下Scholte表面波的频散特性，及其质点运动轨迹和质点位移分布情况。

关键词：弹性海底 Scholte波频散特征运动轨迹位移分布

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深海三维海底山地形对甚低频声场的影响

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哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1464-1470页

作者：董阳朴胜春龚李佳哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工程大学) 黑龙江哈尔滨150001

复杂海域海底地形的变化对海洋声传播有着重要影响,研究海底山和弹性海底共同作用下的声传播特性可以为水声技术提供理论基础。本文利用三维谱元法进行声传播数值模拟,从多途结构、界面波传播特性、三维效应等方面分析了该复杂海洋环境... 详细信息

复杂海域海底地形的变化对海洋声传播有着重要影响,研究海底山和弹性海底共同作用下的声传播特性可以为水声技术提供理论基础。本文利用三维谱元法进行声传播数值模拟,从多途结构、界面波传播特性、三维效应等方面分析了该复杂海洋环境下的甚低频声场特性。仿真结果表明:海底山地形变化会引起传播过程中声信号的耦合转化从而激发深海海底界面波;影区内海底界面波相对能量最强,随着与界面距离的增加,界面波幅度呈指数衰减,而其他途径信号在一个波长内幅度几乎不变;海底山环境下的声传播会产生复杂的三维水平折射与散射现象,随着接收深度的增加地形变化引起的水平多途会逐渐增加。

关键词：谱元法海底山甚低频时域声场弹性海底 Scholte界面波多途结构三维效应

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典型海底条件下抛物方程声场计算方法的缩比实验验证

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上海交通大学学报 2013年第4期47卷 532-537页

作者：祝捍皓朴胜春张海刚刘伟安旭东哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001

为验证抛物方程近似方法在声场计算中的正确性,进行了模拟弹性海底的声传播测量实验.实验中利用质地均匀的聚氯乙烯(PVC)板模拟弹性海底,在消声水池中分别测量了水平和倾斜时海底下的声传播损失.理论研究中,应用抛物方程方法及在其基础... 详细信息

为验证抛物方程近似方法在声场计算中的正确性,进行了模拟弹性海底的声传播测量实验.实验中利用质地均匀的聚氯乙烯(PVC)板模拟弹性海底,在消声水池中分别测量了水平和倾斜时海底下的声传播损失.理论研究中,应用抛物方程方法及在其基础上发展的坐标映射抛物方程方法仿真计算了2种实验环境下的声传播损失曲线.实验结果表明,仿真计算结果与实测结果吻合较好,充分验证了所研究计算方法的正确性.

关键词：抛物方程缩比实验弹性海底声场计算

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快速场(FFP)算法反演海底参数研究

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哈尔滨工程大学学报 2012年第5期33卷 648-652,659页

作者：祝捍皓朴胜春张海刚刘伟安旭东哈尔滨工程大学水声技术实验室黑龙江哈尔滨150001

针对弹性海底条件下的声传播问题和海底参数反演问题,在Pekeris海洋声场模型的基础上推导了基于快速场(FFP)理论的两层弹性海底声场计算公式,讨论了其传播规律并利用KrakenC进行了验证.其次结合水池条件,采用能够模拟弹性海底海洋环境... 详细信息

针对弹性海底条件下的声传播问题和海底参数反演问题,在Pekeris海洋声场模型的基础上推导了基于快速场(FFP)理论的两层弹性海底声场计算公式,讨论了其传播规律并利用KrakenC进行了验证.其次结合水池条件,采用能够模拟弹性海底海洋环境的声场测量平台进行缩比实验.反演中,采用了实际测得的传播损失与FFP理论计算值相等的代价函数,讨论了其对各海底参数的敏感度,并选用遗传算法对该代价函数进行寻优计算.反演得到的声传播损失与实验中实际测量结果吻合较好,表明所建立的理论模型符合实际声场环境.

关键词： FFP建模缩比实验验证参数反演弹性海底声传播

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利用辐射噪声对舰船进行定位

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哈尔滨工程大学学报 2021年第7期42卷 921-927页

作者：刘亚琴杨士莪张海刚郭俊媛刘岩哈尔滨工程大学水声技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工程大学) 黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对具有弹性海底环境中舰船目标的定位问题,本文利用辐射噪声对舰船目标进行定位研究。在匹配场定位原理的基础上,定义海洋波导频谱峰值对应的频率与接收信号的频谱峰值对应的频率差值为代价函数,当代价函数值最小时即为目标声源的深... 详细信息

针对具有弹性海底环境中舰船目标的定位问题,本文利用辐射噪声对舰船目标进行定位研究。在匹配场定位原理的基础上,定义海洋波导频谱峰值对应的频率与接收信号的频谱峰值对应的频率差值为代价函数,当代价函数值最小时即为目标声源的深度与距离。在典型声速剖面环境下,无论辐射噪声功率谱是单纯的连续谱或是连续谱叠加线谱,仿真结果表明:本文定位方法均能有效估计目标距离,当辐射噪声功率谱叠加线谱时会降低方法的定位精度,但可以通过增大使用频段范围弥补方法定位精度的下降。将所提定位方法应用到舟山获取的的实验数据中,能够有效对舰船目标进行定位估计。

关键词：舰船目标辐射噪声连续谱匹配场频谱峰值频率差值弹性海底被动定位

来源：评论

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