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。     

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。     

水下目标诱发低频舰船地震波传播特征简析

水下目标航行时所产生的低频振动噪声在水中向下传播,在海底界面处通过声-弹耦合作用诱发海底舰船地震波。其作为一种新型的舰船物理场,具有传播距离远、稳定性高、可预测性好且无低频截止干扰的优势,携带丰富的有效信息。为更清晰认识水下目标诱发的低频舰船地震波,在弹性波动理论下基于平面波基本假设,构建了水下目标航行激发产生的低频舰船地震波传播模型,对海底界面处地震波反射透射、界面波特征等进行定量研究,并结合特征方程的解析结果进一步认识舰船地震波场的模式组分、传播特征及敏感特性等,从而对低频舰船地震波场进一步定量认识。     

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。     

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。     

声源对浅海地震波传播特性的影响研究

为提升水雷的探测能力,利用浅海地震波识别水下目标声源,研究声源高度和频率对浅海地震波的影响。采用交错网格有限差分方法对波动方程进行离散求解,实现不同高度和不同频率声源形成的浅海地震波在砂岩介质中传播过程的仿真模拟,并利用f-k频散能量提取方法,获得浅海地震波的频散能量图。结果表明：声源高度和频率均会影响浅海地震波的传播特性,但对其波速、频率集中范围和极化特性影响较小,Scholte波稳定的波速为1 088 m/s, Scholte波振幅的频率范围在5～30 Hz之间;随着声源高度和频率的增加,形成的Scholte波在水下界面信号减弱。研究结果可为水雷引信的研制提供理论依据。     

地震勘探

地震勘探是近代发展变化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时,遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面,用专门的仪器可记录这些波,分析所得记录的特点,如波的传播时间、振动形状等,通过专门的计算或仪器处理,能较准确地测定这些界面的深度和形态,判断地层的岩性,是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法,     

由矢量水听器阵反演海底地声参数

矢量水听器能同时测量声压和质点振速信号,为了对这些信息在海底地声参数反演中加以充分利用,根据声传播理论研究了不同号简正波对声矢量场的影响,并在此基础上提出了一种将声压和质点振速相联合的地声反演方法.理论与实验研究表明,对声压和质点水平振速而言,低号简正波往往占主要贡献,而对于质点垂直振速,高号简正波的贡献更大.海底地声参数反演的数值仿真与实验结果表明,基于矢量水听器阵的地声反演方法可以有效降低海底声学参数反演的不确定性.这为矢量水听器应用于海洋环境监测提供了一种新方法.     

浅海远程海底混响的空间相关特性分析

浅海环境中,海底地形复杂且散射强度大,加之波导效应明显,因此有效地掌握浅海低频海底混响的空间分布特性对工作在浅海的主动远程探测系统极为重要.以耦合简正波理论为出发点,把海底混响视为界面不规则起伏对入射声场的耦合作用所致.依据浅海混响的耦合简正波模型,分别计算了远程海底混响的垂向、水平纵向、水平横向相关性随收发位置、时间和频率的变化关系.利用实验数据验证了该理论得到的垂向相关的计算结果,并通过理论仿真比较了垂向、水平纵向、水平横向的相关特性.研究结果表明,对于低频远程海底混响水平横向相关大于水平纵向相关,垂向的相关特性最差.     

海底初至波特性及识别算法研究

研究运用小波加分形维数的复合算法对地震波中的初至波进行提取。当水中目标振动以后产生海底地震波,最先到达观测点的是初至波。通过对初至波到达时刻的研究,可以对水中的目标进行探测,并通过浅海海底环境模型系统进行地震波数据采集,仿真结果验证了本文所提出的算法的可行性。