深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

台风“莫兰蒂”对声传播特性的影响研究

利用吕宋海峡附近海区温盐数据的数值模型进行声传播模拟计算的方法,根据相应的声速剖面及声传播损失,分析台风对声传播特性的影响。结果显示,2010年第10号台风"莫兰蒂"过境时,海洋环境对台风的响应较为迅速,海洋表层的温度和盐度变化剧烈,而声速及传播损失的变化较温度盐度缓慢。分析表明:台风过境会导致表面声速减小,深海声道最小声速增大,声传播损失增大,深海声道原第一会聚区位置最小声能损失增大5 d B,台风过境导致声线第一反折点位置下移,第一会聚区消失,使声传播距离缩短。     

深海外波导区声场与海底反射损失

过去20多年中,国内外在浅海声波传播领域进行过许多研究工作^[1-2],在感兴趣的频率范围内对典型传播条件下的声场衰减规律取得了大量的理论和实验研究结果,同时还获得了有关浅海海底声学特性的一些信息。海底声学特性不仅对浅海声传播具有显著的影响,而且有时在分析深海声场中也是不可缺少的^[3,4]。研究深海声道传播时,根据海水声速垂直分布的特殊规律性,定义声速剖面上两处相同大小的最大声速所对应的深度为声道的上边界和下边界。当声源和接收器都位于声道上、下边界以内时(内波导区),声源辐射的大部分能量被限制在波导内,因而,就形成通常的波导传播。     

一种声线修正的查表方法

在利用时延测距的水声定位系统中,由于在海洋中存在声速梯度,声线传播发生弯曲,为了提高定位精度,提出了一种声线修正的查表方法。由射线声学理论可知,声传播距离和时间都是声线初始掠射角的函数,在声源深度、接收深度和声速分布已知的情况下,对每一个初始掠射角,必有唯一一个传播时间和距离与它相对应,根据声线的这一特征,可以用查表法通过声传播时间来确定相应的传播距离。通过建立传播时延与声源与接收机的水平距离的对应关系表,利用声线在水平面的投影水平距离通过圆交汇解算出目标的位置,而不是利用声线弯曲的斜距进行球面交汇解算出目标的位置。仿真和海试结果表明,在复杂水文条件下,该方法能有效提高水声定位精度。     

在具有粗糙界面的表面声道中的声传播

本文研究了具有粗糙界面的表面声道中的声传播.用广义相积分近似计算了由于泄漏和表面粗糙引起的复本征值.对双线性声速剖面计算了传播损失随距离的变化关系并与实验数据进行了比较.     

浅海波导中水平时反线列阵布放深度选择研究

以浅海声传播模型为基础,通过计算机仿真分别在理想等声速的Pekeris波导中和接近实际的仿真典型浅海分层波导中观察到以下现象:在理想等声速的Pekeris波导中,由布放在探测声源深度或者其对称深度位置附近的水平线列阵时反后在探测声源处得到的聚焦强度最大;在仿真浅海波导中,只有布放在探测声源深度上的水平线列阵时反后在探测声源处得到的聚焦强度最大。利用简正波建模从声源产生的声场在不同深度上的分布情况出发解释了以上现象的物理机理。由此可以得出结论:与探测声源同深度布放的水平线列阵时反后可以得到最佳的聚焦性能。     

浅海海底地形对吊放声呐探测距离的影响

吊放声呐的探测距离不仅与装备的自身性能和海洋水声环境特性有关,还受海底地形影响。利用射线声学模型,仿真分析了正声速梯度和带有跃变层声速梯度下,不同高度和深度的海底山体和海底盆地（简称：海盆）两种典型地形下的声传播特性。通过声传播特性,得出了不同高度和深度的海底山体和海盆两种典型地形对吊放声呐作用距离的影响。根据声传播特性,得出了不同海底地形下潜艇规避吊放声呐搜索的大致航行区域,给出了吊放声呐增加搜潜概率的可行性方案。     

在具有变深和海底损失的均匀声速层的水中的声传播

本文探讨了一个非常简单的水下声传播损失公式的推论,用来处理海底损失和水深的任意缓慢变化,但限定在没有垂直声速梯度的水域,对许多特殊的深度剖面给出了强度一距离的变化规律。     

垂直信道温跃层引起的传播损失分析

0引言水声信道的温跃层一般是指海洋表面层下温度急剧降低的负声速梯度薄层。一般来说,声线通过温跃层时明显弯曲,传播损失增大,对声纳作用距离造成很大影响,"午后效应"便是一个典型例子。实际上,这些现象主要是对水平远程声传播而言。对于垂直信道,温跃层是否会造成严重传播衰减?是否会对探测性能造成很大影响?本文旨在厘清这一疑问,从理论和试验两个方面来分析。     

白令海西部小区域声传播特征研究

白令海是连接太平洋、北冰洋唯一要道,经济、军事地位极其重要。利用中国第5次北极科学考察CTD(Conductivity,Temperature,Depth)数据,在分析白令海西部小区域水文环境基础上,结合大陆坡地形,利用UMPE(University of Miami Parabolic Equation)抛物方程模型模拟声传播特征,并利用Bellhop射线声学模型分析其形成的物理机制。陆坡区域受流混合影响,50~350 m形成低温、低盐水团。声波沿陆坡向深海传播时,声能向500 m以上汇聚,次表层50 m左右形成声道,深层为声影区;声波沿陆坡向浅海传播时,50 m左右出现声道,深层传播损失较大,无声影区;"斜坡增强效应"使得声源置于浅水海域时,50 m声道强度大于声源置于深水海域。     

倾斜海底反射时声线水平偏转问题研究

三维浅海环境下,声线在倾斜海底反射时,会在水平方向上发生偏转。在远距离传播问题中,由于累积效应,接收声线的方位角与发射声线产生较大的偏差。若忽略不计,将会给声源定向等工作带来较大的误差。因此,研究声线在倾斜海底反射时的水平偏转问题,并总结其规律具有重要意义。采用射线声学的方法系统地研究了不同参数情况下倾斜海底声线水平偏转的问题,得到了在海底变化较缓时的近似公式,并进行了数值仿真分析。结果表明,声线的水平偏转的大小和方向由海底深度梯度和入射声线方位角与掠射角共同决定。     

基于Argo资料的深海温跃层对水声传播的影响分析与仿真

利用Argo网格化数据分析日本以南小范围海区内的温跃层时空特征,其主跃层和季节性跃层的双跃层结构明显。依此利用UMPE(University of Miami Parabolic Equation)抛物方程模型分析与仿真深海温跃层及其季节变化对水声场的影响。分析发现:相似系数为1的两个声速剖面的传播损失几乎完全相同;夏季声源较浅时,会在以声源为中心小直径圆形区域内形成声影区;声源深度相对于跃层越大,跃层对水声场的影响越小;高频较低频受跃层影响更大。     

北极高速水声通信实验初步研究

因海冰覆盖和独特的声速剖面特征,北极水声信道有其特殊性,为研究、开发和利用北极,需要开展北极水声通信研究。2017年夏季在北冰洋中心区开展了一次距离1.26 km、通信速率为1.2 kbps的冰下水声通信实验。实验结果表明通信系统的载波频率偏高、声接收端背景噪声级较高以及水声信道上界面的海冰分布较为复杂是导致实验结果误码率偏高的主要原因,提出了相应的改进措施和建议。实验过程中,水声通信设备系统工作良好无故障。此次实验为极地水声通信装备的研制、极地水声通信的研究与应用积累了宝贵经验。     

风洞射流和汽车绕流对声传播的影响

汽车风洞气动噪声测试中,由于射流和汽车绕流场的存在,流场外测量不能获取汽车声源的准确信息?研究以两种流场对声传播方向(声源漂移量)的影响开展?通过在风洞射流核心区安放特定声源和实车的试验,分别得到了射流和汽车绕流场对声传播的影响?研究表明两种流场对声传播都会产生较大影响,试验分析应加以考虑;研究分别对风洞射流和汽车绕流进行了气动数值仿真,据此拟合出剪切层和汽车绕流场速度分布线性化模型,并结合几何声学方法,建立了连续多层均匀运动介质声传播模型,得到了预测射流和汽车绕流产生声漂移量的方法?研究表明该方法可以有效预测风洞声学实验中介质运动对声传播方向的影响,并可用于风洞声学试验中流动对传播方向影响的修正?     

爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失测量的影响

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损失进行了比较。结果表明,在不同声源深度和频率下,0.5 km的投放间隔能够很好地刻画出会聚区声场结构的精细特征;1 km的投放间隔基本满足对会聚区结构精细测量的要求;2 km的投放间隔能够测量到会聚区的大致结构,但可能出现对会聚区峰值结构的漏测或欠精确的会聚区增益。考虑到实际条件难以支持全测线0.5 km的投放间隔,建议对会聚区精细测量时,在可知会聚区范围的海域使用在会聚区0.5 km的投放间隔、在影区1 km的投放间隔;在未知海域使用全测线1 km的投放间隔;对了解会聚区大致结构的调查,使用2 km的投放间隔。     

隔声材料排布顺序对复合板材隔声特性的影响

对高速列车平顶组合结构进行隔声测试,调换其中2块隔声垫的前后位置后,平顶组合结构隔声特性发生显著改变。针对这一问题,基于统计能量法探究双层隔声复合板材中材料排布顺序对于整体结构隔声特性的影响规律,分析该现象产生的原因;接着,进一步利用基于统计能量法的隔声预测模型对三层隔声复合板材中材料排布顺序对整体隔声特性的影响进行延伸探究。结果表明:对于双层复合结构,当两种隔声材料的种类一定时,将隔声量较大的材料置于近声源端,将隔声量较小的置于远声源端,对整体结构隔声量的提升最显著,主要提升低频隔声量;对于三层复合结构,情况较为复杂,其中,将隔声量最大的材料置于近声源端,将隔声量次大的材料置于远声源端,将隔声量最小的材料置于中间时,对整体结构隔声量的提升最显著,且同时提升低频和中频隔声量。研究内容对于工程中复合材料隔声性能的进一步改善有借鉴意义。     

珊瑚型环礁斜坡地形水下声传播特性分析

从岛礁斜坡地形条件下的声信号衰减和地形阻断效应分析出发,重点针对水下声场分布规律及其对声传播造成的影响开展研究。利用水声模型理论,结合某礁实测地形以及水文数据,建立岛礁斜坡地形下的多途声信道模型,基于Bellhop与RAM声学仿真方法,对不同地形下的声线轨迹、声传播损失以及信号时延等声场特性进行仿真分析,得出岛礁斜坡地形下的声场分布特征。研究结果表明：（1）岛礁斜坡地形是影响其声传播模式的关键因素;（2）斜坡外缘浅海区域的目标不易被岛礁斜坡顶端的声呐所探测; （3）陡坡地形对浅海声源的声传播有利,当声源深度足够大时,缓坡地形下的本征声线数目能够达到在陡坡地形下的5倍,对声传播有利。以上研究结果可为岛礁区水下声场的特性分析以及水下声学对抗等实践应用提供理论基础和技术参考。     

板结构中声学黑洞参数优化及其阵列的能量汇集效应分析

声学黑洞结构是一种可实现板内弯曲波操控和振动能量汇聚的新结构,在振动和噪声控制领域具有应用 前景,因此对内嵌于板结构的二维声学黑洞及其阵列的动力学特性和设计方法进行研究十分必要。首先给出描述声 学黑洞汇集效果的定量参数,然后通过正交试验得出内嵌于板结构的单二维声学黑洞几何参数在一定范围内的最优 值;最后,基于这些参数设计声学黑洞并组成包含两声学黑洞的阵列,在频域内研究板结构具有不同排布方式声学黑 洞阵列时的能量汇集效应。结果表明,在一定频带范围内两个声学黑洞组成的阵列的能量汇聚效应比单声学黑洞更 为明显,且横向排列的声学黑洞阵列结构具有更好的能量汇聚效果。对于声学黑洞阵列和阻尼减振的设计具有一定 参考价值。