一种时-频分析算法识别Scholte波算法研究

在浅海域,舰船航行时会产生海底地震波,其中,Scholte波沿海水和海底交界处的流-固界面传播。本文分析了Scholte波的特性和质点运动轨迹的极化特性,提出匹配追踪算法和时-频分析方法中的魏格纳分布联合的新算法。用新算法对海底地震波信号的频率、能量和对应传播时间进行分析,识别出Scholte波,并用极化滤波的方法验证Scholte波。     

水中甚低频声源激发海底地震波的传播

目前关于海底地震波的理论分析仅局限于水平分层的弹性海底,该文对倾斜弹性海底的地震波传播规律进行研究.研究了浅海海底地震波的激发机理,当海底为弹性海底,且海底切变波速度大于水中声速时,水中声源能激发出水中的波导简正波和Scholte波、弹性海底的次表面波和Scholte波.建立预报海底地震波场的抛物方程方法模型,研究了海底地震波的传播规律:甚低频声波在具有倾斜弹性海底的海洋环境中传播时,水中波导简正波和海底的次表面波会随着海水深度的减小出现能量泄漏现象.     

浅海舰船地震波中Scholte波识别技术研究

根据浅海舰船航行过程中引起的海底振动所形成的舰船地震波,对界面波的识别技术进行研究。提出了基于两个传感器采集到的时域信号人工合成地震记录,采用τ-p方法实现Scholte波的提取,利用匹配追踪方法和魏格纳变换对Scholte波进行识别,实现了两个传感器对多道地震记录的合成,通过匹配追踪方法和魏格纳变换对τ-p变换提取出的Scholte波进行识别,从而精确提取出了Scholte波的频率、速度、能量。     

海底地震波在水中目标识别的方法研究

根据水中不同目标激励下在海底形成的地震子波具有不同频率这一特点,对水中目标的识别算法进行了研究。采用统计希尔伯特变换法对海底地震子波进行有效提取,同时通过时-频分析方法中的平滑伪Wigner分布对地震波中Scholte波的频率、能量和到达时间进行分析并讨论Scholte波是否存在。以此来确定水中目标的存在,避免了对非目标事物引起的子波的误识别。通过以上的研究,实现了根据提取出的子波的频率对目标类型的识别。     

气枪声源激发的浅海地震波频散特性研究

为了研究由浅海中声源激发的海底地震波主要波动成分的频散特性,首先基于波动方程对液-固界面处的声场进行了推导,证明纵波和横波不具有频散特性,而表面波具有正常频散特性。随后基于高阶交错网格有限差分法,对气枪声源激发的液-固界面处的声场进行了数值仿真,通过分析仿真数据观察到表面波的频散现象,验证了理论分析结果;最后基于τ-p变换对海试数据处理与分析,精细提取了海底表面波的频散曲线。     

压电陶瓷片用于检测混凝土的波速和动弹模

将PZT压电陶瓷片直接粘贴在混凝土梁表面来产生和接收超声波，从接收的时域信号中能清晰分辨沿混凝土梁表面传播的纵波和Rayleigh波，并以此确定Rayleigh波和纵波在混凝土表面的传播时间和波速，再由Rayle。lgh波和纵波波速计算混凝土的动弹性模量和动泊松比。PZT片产生的沿表面传播的纵波和Rayleigh波用于混凝土内结构缺陷监测时，合适的频率范围分别为120～200kHz和50～110kHz，并且Rayleigh波波速在50～80kHz的频率范围内呈现出明显的频散特性，即波速随频率而变化。     

双相介质半空间中瑞利波的研究

应用Biot弹性波理论对双相介质中的瑞利波作了分析和计算,导出了复波数的频散方程和位移场失量的解析表达式.在一定介质参数范围内对频散方程进行了数值求解,得到频散曲线和衰减曲线.(1)在地震波频域内存在轻微的负频散,高频区域则有较强的正频散;(2)衰减因数随频率、孔隙度和渗透系数的增大而迅速增大;(3)对某一确定介质存在一相应的反转频率f_t,当频率小于f_t时,固相质点的偏振呈现完全相同的规律,偏振特性与频率及介质参数无关,偏振轨迹为沿波传播方向的前进型椭圆,频率大于f_t时,偏振特性与弹性半空间中的瑞利波有某些类似之处.     

浅海目标的卡尔曼滤波跟踪技术研究

采用简正波理论对浅海水声损失进行了研究和计算,浅海中的目标声源通过海水传播到海底引发地震波,对海底地震波的初至波和面波进行提取,得到了海底检测点到达海底震源的距离,目标的垂直方向不变,进而得到径向距离,采用卡尔曼滤波技术对目标进行跟踪。仿真结果表明,可以快速地跟踪上目标的运动状态,对浅海目标跟踪具有重大意义。     

大振幅波非线性传播的频率特性

为研究大振幅波在介质中非线性传播的频域能量变化问题,采用频谱分解方法对单频及多频大振幅的传播规律进行了分析.对不同形式的单频大振幅波传播过程中的基频波能量变化及谐波幅度增长情况进行了比较;同时分析了多频大振幅波非线性传播过程中,各频率声波相互作用情况,通过仿真研究了影响基频波能量变化的因素,其中高频波频率是影响基频波能量变化的主要因素,并通过谱分解方法得到了多频大振幅球面波和柱面波的非线性传播规律.     

基于直方图滤波的浅海声源测距算法研究

针对浅海移动声源的测距,提出了基于直方图滤波的水下测距算法。该算法以声传播过程中传播损失和目标运动参数以及接收信号作为先验知识,对声源位置函数形成的状态向量进行更新,从而实现浅海声源的测距,并用SwellEx-96实测海试数据库进行了算法的实验验证。结果表明:对移动声源的测距深度误差较小,而探测的水平距离在10 km范围时,水平距离最大测距误差在±10 m,并且可以通过改善目标运动参数等先验知识提高对声源测距的精度,验证了直方图滤波算法可较好地实现对水下移动目标的测距。     

低应变检测中振源及桩土相互作用的影响分析

敲击-回波法是基桩完整性检测的有效方法,基于一维应力波理论,可以根据桩顶反射波质点振动速度响应曲线（包括走时、幅值及相位）来确定桩体波阻抗变化范围及程度。然而,在实际中,桩是柱体而非杆件,截面变形不均匀。通过点源激发的波分量及在桩顶侧面的反射波,分析了桩顶近场三维波动现象,并基于圆柱中纵向波对远场波进行分析。结果表明,在测点位置及激振频率满足一定的要求时,三维波动特性及纵向波频散特性可以削弱,桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。在桩土相互作用下,桩体中应力波随传播衰减,分析了桩土剪切波速差异对应力波衰减影响规律,结果表明,应力波衰减不仅与桩土剪切波速比值有关,而且还与桩土剪切波速绝对值有关,桩体剪切波速越低、土体剪切波速越高,应力波衰减越快。     

地震波初至波与scholte波的时差提取研究

通过对初至波与scholte波到达时刻提取的方法研究,提出计盒分形维数算法和修正后的平滑伪魏格纳分布时频分析算法分别对初至波和scholte波到达时刻进行提取,两者时差主要应用于水下舰船目标探测研究。在此背景下,通过模拟浅海海底环境进行地震波数据采集,并拾取初至波与scholte波,获取两者时差,从而验证了所提算法的有效性。     

界面缺陷对压电薄层复合结构中Love波的影响

基于剪切弹簧模型,建立考虑界面缺陷情形的弹性基底上覆盖压电薄层的复合结构中Love波的频散方程,并研究界面缺陷对Love波传播特性的影响,给出铝基底上覆盖PZT4压电薄层复合结构中Love波的频散曲线.数值结果表明:(1)对于长波情形,不同缺陷程度复合结构的Love波一阶模态的相速度均趋于弹性基底层的剪切波波速,而对于短波情形,则趋于压电薄层的Bleustein-Gulyaev(B-G)波波速;(2)界面缺陷的存在总是降低该复合结构内Love波的相速度,在一些特殊频率范围,Love波的相速度对界面缺陷非常敏感;(3)界面缺陷对压电层内的机械位移模态和电势模态有显著影响,且影响最大区域出现在界面附近.     

纤维断裂损伤对复合材料板中导波频散特性的影响

利用带状单元法分析了存在纤维断裂损伤的复合材料板中导波的频散特性,并讨论了不同损伤模式对导波频散特性的影响。将纤维增强复合材料板的每一铺层视为一个带状单元,对于纤维断裂铺层,假设材料常数退化成与基体相同。在此假设下,获得了含纤维断裂损伤复合材料板的运动方程,将该方程转化为特征值问题,即可获得板中导波频率与波数的关系。最后利用数值算例分析了单层纤维断裂和多层纤维断裂损伤对导波频散特性的影响,分析结果可对纤维增强复合材料板的超声无损检测技术提供理论依据。     

浅海中船舶激发的海底地震波试验研究

为了研究海底地震波的特性,本文在港口开展浅海中船舶激发的海底地震波试验,分析其时频域特性,并与此时船舶的水声信号进行了对比分析。该试验结果表明:海底地震波传播到岸上后衰减较大,因此不宜在岸上布放拾振器对海底地震波进行接收;海底地震波的能量主要集中在5~30 Hz,而在该试验海域中有效传播的主要声波频率在50 Hz以上;与水声信号相比,海底地震波信号变化平缓、衰减慢、适合远距离传播,且海底地震波的时频特征更稳定;垂直轴向压电式振动传感器能同时接收到水声信号和海底地震波信号,但与海底地震波信号相比,水声信号的幅值很小,且能在频域上将两者分离。     

工程场地浅层剪切波速结构反演

目的反演工程场地浅层剪切波速结构,验证中美联合地脉动台阵观测记录适合应用于实际工程场地的浅层剪切波速结构.方法对唐山地区两个实际场地观测,从地脉动台阵观测竖向记录中提取了Rayleigh波相速度频散曲线,从地脉动台阵3分量记录中提取了Love波相速度频散曲线,采用Haskell矩阵计算理论的Rayleigh波和Love波相速度.结合遗传算法与单纯形结合的反演算法对唐山地区的两个具体场地浅层剪切波速度结构进行了反演,并与实际的钻孔资料进行了对比.结果场地1提取的相速度频散曲线与理论计算结果有一定的差别.场地2提取的相速度频散曲线与理论计算结果符合较好,场地2的剪切波速结构反演结果较好,与钻孔资料的平均误差均在20%以内.结论利用从地脉动记录中提取Rayleigh波和Love波相速度频散曲线,反演场地剪切波速结构效果较好,适用于实际工程场地的浅层剪切波速度结构反演.     

海底掩埋体上地震波衰减规律研究

沉底水雷掩埋于海底沉积物中,可提高其隐蔽性,但会使水雷引信接收到的目标信号的强度有明显减弱,若目标信号通过地震波进行传播,则信号强度损失小。针对这一问题,本文采用有限元法,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三维无限海洋模型及海底掩埋体进行建模,利用该模型对低频点声源引起的舰船地震波进行仿真计算,得到舰船地震波在海底掩埋体上水平方向与垂直方向的时间-振幅曲线,并利用实验结果与仿真结果进行对比,二者振幅的衰减规律基本一致,验证了仿真结果的正确性。     

瑞雷波频散曲线的分模态提取与联合反演

瑞雷波在层状介质中传播具有频散特性,利用地震记录中的面波信息,提取面波的频散曲线,反演可以建立近地表的横波速度结构模型.本文建立了一个理论地质模型,理论合成面波地震记录,研究了频率波数域中而波频散曲线的分模态提取,并利用等厚分层阻尼最小二乘反演方法对面波各模态的频散曲线进行了分模态反演和联合反演.反演结果表明:瑞雷波基阶频散曲线的浅层(＜10m)反演结果与理论模型吻合最好,一阶高阶频散曲线在15～30m的反演结果与理论模型吻合最好,联合反演在整个深度范围内都可以很好的吻合理论模型,且反演结果的相对误差要低于分模态反演.     

基于弹性介质模型的近地表波场模拟及分析

为研究近地表波场特征,特别是瑞雷面波的波场特征,即瑞雷面波的形成机理及传播规律,根据弹性波方程,采用交错网格有限差分算法对基于浅层各向同性弹性介质模型的近地表波场进行了模拟和分析。利用对均匀半空间模型的模拟,分析了瑞雷面波能量在水平和垂直传播方向上的衰减情况以及震源埋深对面波能量的影响;利用对不同均匀层状介质模型的模拟,分析了瑞雷面波的基本特性及近地表构造对波场的影响。     

噪声与单频声波非线性互作用规律

针对随机噪声和单频波在非线性介质中的互作用现象,本文研究其传播过程中不同频率的能量演化规律,讨论随机噪声场在加入强单频波后对其功率谱的影响规律。从Rudenko推导的噪声和单频波的非线性互作用方程出发,理论研究其中能量在不同距离的功率谱变化,并利用有限差分方法,数值求解噪声与单频波非线性互作用过程中不同距离的功率谱。给出了不同情况下强单频波对随机噪声能量在频域范围的重新分配规律,结果表明:对于高频波频率比噪声频率高的情况,噪声的能量被调制到高频及其谐波两侧;高频波频率在噪声频带内会使原噪声在频域展宽;有限振幅噪声能量的转换效率在加入高频波情况下将会提高。