检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：邵宝辉哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随水平距离不变和变化比较缓慢的海洋介质声传播问题，理论和计算模型很多，但是对于水平变化相对较大的海洋介质中的声传播问题，则需要考虑水平介质的变化对声场的影响。结合目前计算精度比较高的耦合简正波理论，本文采用耦合简正波... 详细信息

随水平距离不变和变化比较缓慢的海洋介质声传播问题，理论和计算模型很多，但是对于水平变化相对较大的海洋介质中的声传播问题，则需要考虑水平介质的变化对声场的影响。结合目前计算精度比较高的耦合简正波理论，本文采用耦合简正波—抛物方程理论进行水平变化海洋介质的声场计算。本文主要阐述在水平变化波导中耦合简正波-抛物方法(CMPE)理论的推导过程，对水平变化波导模型的建立和求解进行了详细研究和讨论。文中详细推导了柱坐标对称情况下的CMPE理论以及便于应用数值计算的耦合系数表示形式，并在二维的基础上，对三维情况下的CMPE理论进行简要的推导。在柱坐标系下，本文直接推导密度具有二维变化性质下的CMPE理论。针对密度水平弱变化或仅有垂直变化的情况，通过简化耦合系数，得到便于利用本地简正波本征函数进行数值计算的形式，并得到相应的CMPE声压表达式。本文利用计算得到的耦合系数并通过抛物方程方法得到相应的简正波幅度表达式。本论文采用Fortran语言编写耦合简正波—抛物方程方法的计算程序，并与国际上流行的耦合简正波程序包Couple07的计算结果进行了比较，分析误差产生的原因，主要有三方面：本论文中调用的Krakenc计算的简正波阶数不够、本文方法在调用Krakenc过程中计算的本征值和本征函数不够精确；本文中采用的阶梯近似也不可避免的在声场的数值计算过程中引入误差。

关键词：耦合简正波抛物方程耦合系数

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三维耦合简正波-抛物方程理论

引用

声学技术 2003年第Z2期22卷 149-151页

作者：彭朝晖中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100080

　　引言　　海洋中存在着非常复杂的海底地形、底质变化、以及声速剖面的三维变化.这些环境变化会对声传播产生强烈的影响,人们因此不得不考虑三维海洋环境中声场计算的问题.Abawi等[1]将耦合简正波理论和抛物方程方法结合起来,提出了... 详细信息

　　引言　　海洋中存在着非常复杂的海底地形、底质变化、以及声速剖面的三维变化.这些环境变化会对声传播产生强烈的影响,人们因此不得不考虑三维海洋环境中声场计算的问题.Abawi等[1]将耦合简正波理论和抛物方程方法结合起来,提出了耦合简正波-抛物方程(CMPE)理论.CMPE理论在垂直方向采用本地简正波分析,在水平与方位角方向采用抛物方程方法求解简正波幅度方程,可以充分发挥抛物方程法水平方向计算速度快的优点,并克服抛物方程在频率增高和海深增加时计算速度急剧下降的缺点.彭朝晖等[2]在此基础上,结合我国学者提出的广义相积分(WKBZ)理论[3]和波束位移射线简正波(BDRM)理论[4],提出了一个快速预报声在水平变化海洋环境中传播的数值方法.本文在文献[2]工作的基础上,将二维问题推广至三维(CMPE3D).……

关键词：三维变化耦合简正波抛物方程简正波理论 parabolic equation 计算速度海洋环境方程方法射线简正波简正波分析问题推广水平方向数值方法声速剖面声场计算基础环境变化海底地形垂直方向声传播

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水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法

引用

中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议

作者：杨春梅骆文于中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院研究生院

不同于水平变化波导中传统的耦合系数传播矩阵求法,本文提出全局矩阵(DGM)一次性求解各段模式的耦合系数,同时改善了现有模型中对距离函数的归一化方法,避免了泄露模式导致的数值溢出问题,提高了声场计算的稳定性。本文给出了该方法对... 详细信息

不同于水平变化波导中传统的耦合系数传播矩阵求法,本文提出全局矩阵(DGM)一次性求解各段模式的耦合系数,同时改善了现有模型中对距离函数的归一化方法,避免了泄露模式导致的数值溢出问题,提高了声场计算的稳定性。本文给出了该方法对标准问题声场的数值解,并与解析解进行了比较,结果表明,该方法是一种稳定精确的水平变化波导中的声场计算方法。

关键词：全局矩阵耦合简正波楔形海底

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三维耦合简正波-抛物方程理论

三维耦合简正波-抛物方程理论

引用

中国声学学会2003年青年学术会议

作者：彭朝晖中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室

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水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法

引用

2011年中国声学学会水声学分会学术交流会

作者：杨春梅骆文于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 中国科学院研究生院北京100190 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

不同于水平变化波导中传统的耦合系数传播矩阵求法，本文提出全局矩阵(DGM)一次性求解各段模式的耦合系数，同时改善了现有模型中对距离函数的归一化方法，避免了泄露模式导致的数值溢出问题，提高了声场计算的稳定性。本文给出了该方... 详细信息

不同于水平变化波导中传统的耦合系数传播矩阵求法，本文提出全局矩阵(DGM)一次性求解各段模式的耦合系数，同时改善了现有模型中对距离函数的归一化方法，避免了泄露模式导致的数值溢出问题，提高了声场计算的稳定性。本文给出了该方法对标准问题声场的数值解，并与解析解进行了比较，结果表明，该方法是一种稳定精确的水平变化波导中的声场计算方法。

关键词：楔形波导声场计算全局矩阵耦合简正波

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浅海远程海底混响的耦合简正波模型

引用

中国科学：物理学、力学、天文学 2010年第12期40卷 1461-1467页

作者：高博杨士莪朴胜春黄益旺哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室哈尔滨150001

利用耦合简正波理论,分析由海底不平整所产生的散射形成的海底混响,由此模型得到的关于混响强度衰减及其空间相关特性的理论仿真结果与经典简正波混响模型吻合较好,并得到了海上实验结果的验证.通过理论和实验数据,重点分析了收发间距,... 详细信息

利用耦合简正波理论,分析由海底不平整所产生的散射形成的海底混响,由此模型得到的关于混响强度衰减及其空间相关特性的理论仿真结果与经典简正波混响模型吻合较好,并得到了海上实验结果的验证.通过理论和实验数据,重点分析了收发间距,脉冲信号带宽对混响强度及其衰减特性的影响,结果表明此模型对于收发合置、分置远程海底混响的分析均适用.

关键词：浅海耦合简正波海底混响

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高效宽带耦合简正波模型

高效宽带耦合简正波模型

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作者：杨雪峰中国科学院大学

学位级别：博士

宽带声传播处理技术最早广泛应用于地声传播波形分析领域，在水声传研究中被关注的相对较少。随着声呐工作频率向低频的扩展和人们对时域波研究的深化，宽带声传播处理技术越来越多地被运用到水声传播领域中。常的宽带处理方法主要有两... 详细信息

宽带声传播处理技术最早广泛应用于地声传播波形分析领域，在水声传研究中被关注的相对较少。随着声呐工作频率向低频的扩展和人们对时域波研究的深化，宽带声传播处理技术越来越多地被运用到水声传播领域中。常的宽带处理方法主要有两种，分别是频域傅里叶合成方法和时域波动方程法。前者基于傅里叶变换，在频域各采样点分别计算声压值来构建声场传递数，再与声源作用通过反傅里叶变换得到最终的时域波形;后者通过在时域直接求解，来获得接收波形。频域傅里叶变换方法因其基于傅里叶变换和现的声传播模型，编程实现上较为简单，而得到最多的研究应用。但是它需要频域所有采样点都进行一次声场计算，因而在涉及到大量频率采样点或者水变化波导的宽带声场计算的时候，就会显得捉襟见肘、效率低下。\n 汉密尔顿方法基于汉密尔顿力学原理，将简正波本征值实部、虚部和频三维寻根问题转化成简正波实部和虚部的二维寻根问题，一次性求解所有频对应的简正波本征值实部和虚部。在保证精确度的基础上，大幅提高了简正本征值的计算效率。\n 全局矩阵耦合简正波理论是在耦合简正波理论的基础上发展的更稳定的合简正波方法。它通过建立全局矩阵形式的系统方程，可以一次性求解全分中所有传播系数，稳定而高效;另外，它采用了较耦合简正波方法更为合理汉克尔函数归一化策略，使得系统稳定性不再受限于水平分段的长度。这两使得全局矩阵耦合简正波理论可以稳定、高效、高精度地处理水平变化波导场计算问题。\n 本文基于汉密尔顿方法和全局矩阵耦合简正波理论，建立了一种可以高计算宽带声场的计算模型，即汉密尔顿全局矩阵耦合简正波模型。采用本文型，就使得目前宽带声场计算必须在每个频率采样点都进行一次整体计算的域傅里叶合成方法的计算效率得到显著提高。若干波导声场计算实例来验证密尔顿全局矩阵耦合简正波模型，计算结果表明该模型可以精确高效地处理带声场计算问题。

关键词：宽带声传播耦合简正波计算模型域傅里叶合成

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浅海距离有关波导耦合简正波数值建模

浅海距离有关波导耦合简正波数值建模

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作者：何永军哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

声传播是海洋声学研究的基本内容，作为正问题，它是声探测与声层析等逆问题的基础。在实际的海洋信道中，界面与水体都存在不容忽视的空一时变异性，使得在其中传播的声波存在强烈的畸变和起伏。为掌握声传播的规律，进行快速准确的声... 详细信息

声传播是海洋声学研究的基本内容，作为正问题，它是声探测与声层析等逆问题的基础。在实际的海洋信道中，界面与水体都存在不容忽视的空一时变异性，使得在其中传播的声波存在强烈的畸变和起伏。为掌握声传播的规律，进行快速准确的声场建模，本文利用耦合简正波方法对界面存在空间变异的距离有关信道进行了建模研究。在波动传播理论的基础上，简要介绍了几种主要声传播模型的基本原理，并着重对简正波模型进行了研究。比较详细地讨论了简正波模型的理论基础，不同近似条件下的解，给出距离无关和距离有关简正波解。详细地讨论了耦合简正波的计算过程，并针对Couple97模型计算时间较长的缺点，将广义相积分简正波理论用于特征值与特征函数的求解，大大提高了计算速度，并使得计算精度也有所提高。最后，本文的耦合简正波方法与其它方法进行了分析比较，并用JASA Benchmark问题和亚洲海实验几种环境下的声传播数据进行了验证，结果表明，本文耦合简正波方法计算精度高，计算速度快。

关键词：耦合简正波声传播特征函数建模

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距离有关海洋环境条件下声场的耦合与宽带干涉特性研究

距离有关海洋环境条件下声场的耦合与宽带干涉特性研究

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作者：张士钊哈尔滨工程大学

学位级别：博士

海洋水体介质随距离变化以及海底地形起伏,会导致声场中的简正波耦合,这种现象对远距离声传播的影响不可忽略;简正波之间的干涉会导致声场的时空频变化,因而引起低频远距离声传播中的接收信号幅度起伏和频率-距离接收信号干涉结构变化,... 详细信息

海洋水体介质随距离变化以及海底地形起伏,会导致声场中的简正波耦合,这种现象对远距离声传播的影响不可忽略;简正波之间的干涉会导致声场的时空频变化,因而引起低频远距离声传播中的接收信号幅度起伏和频率-距离接收信号干涉结构变化,导致接收信号强度减弱,接收信噪比下降,进而影响声呐设备的探测性能,因而低频远距离声传播中简正波耦合效应与干涉特性的建模和分析是水声学研究的重要内容之一。本文以距离有关海洋环境中的声场耦合与干涉特性为主要研究内容。首先,建立了距离有关弹性海底情况下耦合简正波声场预报模型,在弹性海底标准楔形海区环境下,对比分析了该模型与弹性抛物方程声场计算程序RAMS和有限元商用软件COMSOL的水中声压场计算结果,验证了耦合简正波模型声场计算结果的正确性,分析了海洋环境和声源参数变化对声场耦合与干涉特性的影响;其次,研究了孤立子内波影响下的简正波耦合宽带干涉特性,并依据孤立子内波影响下的简正波耦合宽带干涉结构,提出了孤立子内波到声源距离的一种估计方法,仿真实现了孤立子内波到声源距离的精确估计;最后,建模研究了宽带声场在距离-频率域上的干涉特性,提出了一种基于宽带声场两阶简正波干涉的频率周期性的水下宽带脉冲声源被动测距新方法;还基于内波影响下单阶简正波宽带接收信号频谱频率周期性,提出了一种孤立子内波到声源距离估计方法。具体研究内容如下:1.距离有关弹性海底情况下复本征值耦合简正波声场建模研究建立了距离有关弹性海底情况下的复本征值耦合简正波声场预报模型。首先,推导了复本征值条件下的弹性耦合简正波耦合矩阵表达式,给出了距离有关弹性海底情况下复本征值耦合简正波声场预报模型,在弹性海底标准楔形海区环境下,将该模型和RAMS和COMSOL的水中声压场计算结果进行对比,验证了该模型的声场计算精度,发现该模型声场计算精度优于RAMS。然后,对比不同海底坡度、海底地形、海底横波声速、声源深度等一系列海洋环境和声源参数对于弹性楔形海底条件下声场特性的影响,仿真分析表明,泄漏模态在弹性海底标准楔形海区声场计算中的影响不可忽略,泄漏简正波的耦合矩阵为复数,导致的简正波相位变化和复杂声场干涉结构变化,简正波耦合对界面波幅度有强烈影响,海底横波声速的增加会引起简正波衰减系数的增大,简正波靠近截止频率时受限简正波对泄漏简正波有强烈耦合效应,揭示了简正波靠近截止频率时耦合强度增大的机理,以及简正波耦合强度和海底坡度之间存在线性关系。2.孤立子内波影响下的简正波耦合宽带干涉特性研究和应用以往对孤立子内波影响对宽带声场干涉特性的研究,主要关注所有简正波共同作用下的宽带声场干涉特性。本文中的方法聚焦于孤立子内波影响下的简正波耦合宽带干涉特性,仿真了相距50 km的宽带脉冲声源和垂直接收阵静止条件下,孤立子内波沿着声源到接收器的方向传播过程中基元接收的宽带脉冲信号,仿真结果表明孤立子内波导致的单阶简正波宽带接收信号中存在多脉冲现象,以及由此导致的简正波耦合宽带干涉结构;仿照基于波导不变量的声源测距方法,提出了一种基于简正波群速度、相速度、信号频率和干涉条纹斜率之间定量关系的孤立子内波到声源距离估计方法;仿真结果表明,该方法可以在孤立子内波从声源到接收器运动全程中准确估计该距离,而且提高了孤立子内波距离测量的精度和实时性,打开了依据简正波干涉在频率上的周期性进行内波测距的新视角。3.宽带声场干涉频率周期性在孤立子内波测距和水下声源测距中的应用研究基于宽带声场干涉的频率周期性,根据孤立子内波导致的简正波耦合宽带干涉结构频率周期与孤立子内波到声源距离之间定量关系,提出了一种孤立子内波到声源距离估计方法;根据宽带声场干涉结构中两阶简正波干涉的频率周期和接收器到声源距离,提出了一种宽带脉冲声源被动测距新方法。两阶简正波干涉的频率周期随着距离增加而减少,导致内波距离或声源距离估计误差变小,因而仿真结果表明,基于频率周期性的孤立子内波到声源距离估计方法,可以在孤立子内波到声源的距离超过简正波干涉完成一个频率上的干涉周期所需要的最小距离时,准确估计孤立子内波到声源的距离,提高了孤立子内波测距的实时性;同样基于频率周期性的宽带脉冲声源被动测距方法,也可在接收器距离声源超过简正波干涉完成一个频率上的干涉周期所需要的最小距离时,精确估计宽带脉冲声源距离,提高了宽带声源被动测距的精度和实时性。仿真分析和海上实验数据处理表明,本方法在远距离水下宽带脉冲声源定位距离可达30 km,高信噪比条件下测距误差小于1%,方法具有可行性。同时,本文提出的新方法打开了宽带声源被动测距的新视角,从声场干涉在频率上的周期性入手解决声源的被动定位问题。这个方法已经被本文用于仿真计算内波到声源的距离,以及仿真试验测量接收器到声源的距离。这个方法,有望在其他领域进行拓展,解决一系列测距相关问题。

关键词：耦合简正波弹性海底孤立子内波宽带干涉频率周期性

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非线性内波引起的浅海混响强度异常震荡

引用

哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1578-1582页

作者：高博宋文华王宁中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100

为了解决浅海环境中,海底混响和杂波对限制主动声呐探测性能的干扰,本文研究了浅海中移动的非线性孤子内波引起的海底杂波和海底混响强度的变化规律。针对收发合置的海底混响,本文以简正波混响模型为出发点,通过引入耦合矩阵的理论推导... 详细信息

为了解决浅海环境中,海底混响和杂波对限制主动声呐探测性能的干扰,本文研究了浅海中移动的非线性孤子内波引起的海底杂波和海底混响强度的变化规律。针对收发合置的海底混响,本文以简正波混响模型为出发点,通过引入耦合矩阵的理论推导,表征了孤子内波对声场各模态间的能量交换,给出了孤子内波引起的海底杂波的物理机制,得到了震荡周期和内波的移动速度之间的关系式。仿真结果表明:非线性内波会导致强杂波,并引起杂波后的平均混响强度异常震荡。研究为识别内波导致的强杂波干扰、利用混响对孤子内波进行测距和测速提供了一种可行的理论机制。

关键词：海底混响杂波浅海孤子内波混响强度耦合简正波移动目标混响起伏

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