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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

浅海复合探测方法研究

根据对目前浅海中目标探测方法的研究,为提高目标探测精度的可靠性,提出利用声波和地震波进行复合探测的方法。通过振动传感器和被动声呐对目标振动信号的声波及地震波形式的数据进行采集,选用Daubechies系列小波对所采集的声波和地震波数据进行滤波处理,相比于单一利用地震波进行探测的方法,可证明利用声波和地震波实现复合探测的方法很大程度上提高了浅海目标探测的准确性。     

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.     

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。     

具有沙(泥)质海底时均匀浅海中的平均声强

过去常用连续介质模型来描述海底,来建立海水中声场的唯象理论,使声强公式不能用海底沉积物的基本参数来表示出．现在把海底沉积物视为一种松散的颗粒介质,松散的沙(泥)质沉积物,用“单参数模型”来描述,考虑到声源在海水层中所激发简正波数目的有限性,将简正波按能量相加,并对发射深度与接收深度在容区内进行平均,得出非均匀浅海中平均声强的表式．由此用演绎法得出了均匀浅海中的平均声强．该声强能用海底沉积物中的基本参数来表出．声强的表式显示出均匀浅海中的声强不具深度结构,却具水平结构,能完满地解释惠斯顿猜想．     

海底电缆资料双检合并处理技术研究与应用

海底电缆采集资料通常利用水检和陆检的合并处理来压制电缆鬼波。但通常情况下,鬼波在海底反射形成的海底微屈多次波对资料的影响也很严重。分析了水检与陆检的地震波接收的物理机制,在水陆合并压制鬼波后,通过求取海底反射系数,进一步利用双检数据来压制海底微屈多次波。经实际数据的应用表明,这种方法可以较好地同时压制电缆鬼波和海底微屈多次波,改善剖面的波组特征。     

基于Kraken简正波模型的浅海声场分析

水声信道的传输特性是影响水声通信系统性能的重要因素。本采用了一种全液态Ｋｒａｋｅｎ简正波模型,对位于浅海信道的目标海区的传播特性进行分析,得到了不同传播条件下信道的传播损失和频率特性图,为水声通信系统的设计提供了理论基础。     

深水多次波与噪音同时压制技术

海洋地震资料预处理,两大难题就是噪音和多次波。常规的近道多次波压制有预测反褶积和SRME,中远道多次波压制有速度滤波等方法。然而在深水崎岖海底资料中,对于侧面反射、绕射多次波等等,常规的多次波压制方法往往失效,原因在于常规的多次波压制方法的理论多假设地震波是以二维双曲线方式传播,实际上地下地震波传播路径复杂,常规去多次方法有局限。另外对于噪音的压制,技术人员往往是头痛医头脚痛医脚,对不同的噪音采用不同的模块进行压制,即增加了处理步骤,也增加了损伤有效波的风险。本文研究了一种利用剔除拟合法并结合LIFT思想进行深水多次波和噪音压制技术,一次处理流程可以同时压制多种噪音和多种多次波,取得了良好的效果。     

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。     

机动目标跟踪波形和检测门限自适应算法

由于现有雷达目标跟踪波形和检测门限自适应算法大多围绕以距离、距离率作为量测的一维运动目标展开,忽略了角度对目标跟踪的影响,从而无法对目标进行跟踪定位。为此,提出一种杂波背景下针对二维机动目标跟踪的雷达波形和检测门限联合自适应算法。首先,对传统基于时延-多普勒分辨单元的理论作进一步扩展,设计出一种包含距离-距离率和方位为量测的具有“棱柱”结构的分辨单元;然后,给出了包含波形参数和检测门限的量测误差协方差的联合近似表达式;最后,利用认知雷达思想,以滤波误差协方差的迹最小为代价函数自适应选择下一时刻的波形参数和检测门限,以提高系统的跟踪性能。仿真结果表明,波形和检测门限联合自适应算法的跟踪性能要明显优于传统的固定参数跟踪算法。     

行波效应在桥梁抗震性能分析中的应用

应用有限元软件MIDAS对大跨度、大几何尺寸的结构物进行行波效应模拟.采用MIDAS自带的地震波对某一桥梁的不同支承点采用不同相位的地震波输入,查看特征点的位移随时间变化情况,结果验证了地震波在传播过程中对大跨度结构不同点的影响具有差异性.对于跨越距离大的梁桥,由于波列传播波速的有限性、相干性的损失,在实际工程中对各个支承点的影响有很大的差异性.     

UUV海底定点停驻受力特性及稳定性分析

在简单介绍海底定点停驻UUV概念及工作过程的基础上,建立了其在海底时的稳定性分析模型,并推导出了航行器负浮力、主轴与两支撑点之间的半角θ、流体动力Fx、Fy之间的关系。为了研究航行器在海底时的流体动力特性,采用Ansys ICEM对其离海底不同距离及海底有不同倾角时的情况进行结构化的网格划分,并应用CFX软件对其在不同水流速度下的外围流场进行数值仿真,得到了其在海底时所受侧向力、升力随距海底的距离、海水流速及海底倾角的变化趋势。最后,对航行器在海底时的稳定性进行了分析并得到了一组能够保证航行器海底稳定的较好参数。