利用高斯射线束方法的深海匹配场定位

0引言匹配场定位作为一种水声被动定位方法,是近几十年来海洋声学研究的热点之一。目前在浅海匹配场定位中常用的一些拷贝场计算方法,如简正波方法和抛物方程近似法等,计算深海问题需要的时间很长,同时对计算机内存要求很高,如果不使用大型并行计算平台,很难实现拷贝场的准实时快速计算。射线理论是最早建立起来的经典理论模型之一,其算法简单,物理意义清晰,计算速度快,在     

单个飞机噪声事件最小顶点覆盖模型的机场噪声监测点分布方法

为监测和分析中小型机场附近噪声污染状况,提出一种基于单个飞机噪声事件最小顶点覆盖模型的机场噪声监测点分布方法。该方法以大量网格点作为候选监测点,形成顶点集合,利用INM噪声预测软件计算各顶点在每个噪声事件发生时的噪声值,根据单个飞机噪声事件的限值确定各顶点监测到的噪声事件,从而建立最小顶点覆盖模型,然后采用改进的贪心算法求得近似最优解,使得顶点能覆盖所有噪声事件并且个数最少,实验证明改进的贪心算法比传统的贪心算法得到的解更优,需要的监测点更少。     

大涡模拟预报螺旋桨辐射噪声的三种声学方法

螺旋桨噪声是船舶的三大噪声源之一,研究螺旋桨的噪声现象具有很大的现实意义。首先划分了螺旋桨的结构化网格,进行了网格收敛性分析,然后采用大涡模拟方法计算螺旋桨水动力。在噪声计算中采用了FW-H方程、结合Virtual lab的旋转偶极子辐射、涡声方程三种方法进行预报,并与换算到自由场的试验结果进行对比分析。结果表明,采用大涡模拟可以预报螺旋桨的辐射噪声,三种方法均满足工程应用需求。     

圆柱绕流噪声预报的流场与声场模拟方法对比研究

以三维圆柱为研究对象,使用Lighthill声类比法研究其绕流发声问题。第一步进行流场计算,分别用大涡模拟(LES)、脱体涡模拟(DES)和瞬态雷诺平均法(URANS)模拟声源区流场,通过对比流场压力和涡量等参数,据此选取合适的流场仿真方法;第二步用基于Lighthill方程FW-H积分法和边界元法预报远场直发声,通过和Revell试验结果比较,分析各种计算方法差别。研究表明:进行流场仿真时LES计算结果最好,IDDES法在保证计算精度条件下能有效减少流场网格数量,URANS法误差很大;进行辐射噪声预报时,FW-H积分法和边界元法基本相同。     

浅海内波对环境噪声水平方向凹槽的影响

典型夏季海洋环境噪声垂直指向性水平方向经常出现一显著凹槽。采用三维声速场海洋环境噪声理论模型,分析了各阶简正波对垂直指向性的贡献,指出不同阶简正波的贡献不同,高阶简正波是形成水平方向凹槽的主因,低阶简正波起填补环凹槽的主要作用,无内波时海面噪声源激发低号简正波的能量较低,填补能力较差,水平凹槽显著;内波活动期,内波改变了声信号的传播路径,引起不同阶简正波耦合,低号简正波能量增强,其填补噪声水平凹槽的作用明显加强,高阶简正波能量减少,凹槽变浅。还探讨了凹槽填补程度与内波强度之间的关系,以及有内波时环境噪声垂直指向性随时间的变化。     

改进型遗传算法在环境噪声反演海底问题中的应用

利用浅海环境噪声进行海底特性反演一直是学者们研究的热门课题之一,当考虑两层海底时,由于待反演参数较多,基于传统遗传算法的反演策略往往使反演过程陷入局部最小值,从而无法找到全局最优解。针对两层海底的情况,计算得到了浅海环境噪声场空间相干性的表达式,并对传统遗传算法进行了改进,通过引进自适应交叉和变异算子以及能够保持种群多样性的小生境技术来提高反演算法的性能。通过数值仿真,验证了改进后的算法较传统算法能更好地收敛到真实值;并针对一次海试数据进行了海底特性反演,获得了较好的结果。     

浅海目标辐射噪声测量中声聚焦现象引起的误差分析及修正

研究了浅海近距离声聚焦特性及其对目标辐射噪声测量的影响和修正方法。利用基于射线理论的虚源法,建立了典型声源和复合声源的声场计算模型,通过具体算例分析了声聚焦引起的测量误差,将单点测量模型和阵列多点测量模型进行对比,并进行湖上试验验证,结果表明阵列多点测量模型能有效的对信道空间传递函数平滑,为如何减小声聚焦对目标辐射噪声测量的影响提供了依据,有助于实际工程测量的数据分析和测量精度的提高。     

基于环境噪声的浅海海底单参数反演

利用环境噪声反演浅海海底声学特性一直是学者们研究的热门课题之一,目前绝大多数的噪声场建模方法依赖于多维海底模型,而多维参数的求解过程加大了反演的复杂度。减少反演参数个数可以有效降低反演的复杂性,提高反演的速度,以此为目的开展了基于单个参数海底模型的噪声场建模研究,并计算得到了基于海底单参数的噪声场空间相干系数表达式。通过与传统模型的对比,验证了该计算模型的有效性。结合实验数据,利用该模型对实验海域进行了海底单参数反演,并结合海底反射临界角确定了实验海域的沉积物类型为粉砂质砂,该结论与文献记载相吻合。     

一种计算航船对近海海洋环境噪声贡献的算法

为了研究浅海中低频段的海洋环境噪声,文章构建了一种计算航船对近海海洋环境噪声贡献的算法,利用某海域航船信息,结合实际水文参数,对该海域的航运噪声进行了仿真计算。航船信息通过访问船舶自动识别系统数据库获取。主要关注50~400 Hz的中低频段,将仿真计算结果和实验数据进行对比,验证了算法的可靠性,并进行了误差分析。利用该算法可获取接收点处航船噪声的水平方向分布特点,并可初步定量分析航船噪声对海洋环境噪声的贡献。     

An adaptive finite point method for the shallow water equations

An adaptive Finite Point Method (FPM) for solving shallow water problems is presented. The numerical methodology we propose, which is based on weighted‐least squares approximations on clouds of points, adopts an upwind‐biased discretization for dealing with the convective terms in the governing equations. The viscous and source terms are discretized in a pointwise manner and the semi‐discrete equations are integrated explicitly in time by means of a multi‐stage scheme. Moreover, with the aim of exploiting meshless capabilities, an adaptive h‐refinement technique is coupled to the described flow solver. The success of this approach in solving typical shallow water flows is illustrated by means of several numerical examples and special emphasis is placed on the adaptive technique performance. This has been assessed by carrying out a numerical simulation of the 26th December 2004 Indian Ocean tsunami with highly encouraging results. Overall, the adaptive FPM is presented as an accurate enough, cost‐effective tool for solving practical shallow water problems. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

斜坡海底海洋环境噪声垂直指向性研究

为了解决斜坡海底地形的环境噪声高频建模问题,为三维环境噪声的进一步计算奠定了基础。在射线法的基础上,采用N×2D的近似算法,研究了斜坡海底情况下,均匀分布在海面上的噪声源所产生的环境噪声垂直指向性。考虑了海水吸收,海底反射,声速剖面对垂直指向性计算结果的影响。研究表明：三种因素均会对斜坡海底的噪声垂直指向性产生影响,其中声速剖面对其影响要大一些。     

Hybrid finite element/volume method for shallow water equations

A hybrid numerical scheme based on finite element and finite volume methods is developed to solve shallow water equations. In the recent past, we introduced a series of hybrid methods to solve incompressible low and high Reynolds number flows for single and two‐fluid flow problems. The present work extends the application of hybrid method to shallow water equations. In our hybrid shallow water flow solver, we write the governing equations in non‐conservation form and solve the non‐linear wave equation using finite element method with linear interpolation functions in space. On the other hand, the momentum equation is solved with highly accurate cell‐center finite volume method. Our hybrid numerical scheme is truly a segregated method with primitive variables stored and solved at both node and element centers. To enhance the stability of the hybrid method around discontinuities, we introduce a new shock capturing which will act only around sharp interfaces without sacrificing the accuracy elsewhere. Matrix‐free GMRES iterative solvers are used to solve both the wave and momentum equations in finite element and finite volume schemes. Several test problems are presented to demonstrate the robustness and applicability of the numerical method. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于潜标的海洋环境噪声测量系统

对海洋环境噪声测量系统技术进行了研究,设计和实现了一种基于潜标的海洋环境噪声测量系统,并进行了海上试验.该系统采用潜标的布放方式,利用矢量水听器测量浅海海洋环境噪声场的低频噪声.矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速三个正交分量, 测量信号经预处理后,对信号进行数模变换,得到的噪声数据可以在潜标中自记录或通过水面浮标传输到岸站存储.对噪声测量方法进行的分析和海上试验的结果表明,该系统稳定可靠,能正确地拾取海洋环境噪声.     

远离航道海域低频海洋环境噪声垂直指向性

海洋环境噪声垂直指向性是声呐背景场的典型空间特性之一,既可体现噪声源的空间特性及其传播特性,还可用来反演海洋环境的特征参数。分析了南海某岛礁海域实测海洋环境噪声的垂直指向性,发现当接收阵远离航道时,低频海洋环境噪声垂直指向性的主瓣集中在-30°～30°范围内(0°对应水平方向),且水平方向不存在凹槽。基于舰船自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)航船分布数据得到简化航道区域航船噪声源模型,利用3D射线声传播算法,结合实际岛礁海域地形数据,计算的低频海洋环境噪声垂直指向性与实测数据处理结果相符。研究结果表明,当接收阵距航道较远时,由航道航船引起的低频海洋环境噪声以接近水平方向入射垂直接收阵,研究结果可为声呐在远离航道海域的性能提高提供技术支持。