浅海信道中目标低频声散射特性研究

为了评估浅海信道中复杂目标的低频声散射特性,提出一种基于虚拟柱岛、有限元和简正波的混合数值建模方法,明确关于虚拟柱岛的参数选取原则。将此方法应用于浅海信道中复杂目标声散射的仿真,获取典型目标在浅海信道中的声散射特性,并进行机理分析。该方法考虑目标和界面的多次散射,可以计算目标靠近浅海信道海面或海底的情况,且计算速度相对于有限元方法较快、计算效率更高。另外,该方法还适用于复杂目标在浅海信道中前向散射问题,尤其是极低频情况。     

深海水声探测特性研究

为改善水声探测系统的信号检测性能,研究了在深海环境下水声探测的特性.在对浅海和深海声传播特性进行比较的基础上,分析了深海声传播的优越性.通过对不同海洋深度声源的声传播特性仿真分析,证明了深海环境有利于实现远距离声传播.在一定信号接收带宽的情况下,计算了位于深海区域的水声探测系统对安静型潜艇的最大被动水声探测距离,进一步证明了深海环境有利于实现远程水声探测.研究结果为在深海环境下探测安静型潜艇提供了理论依据.     

浅海信道宽带信号波形快速预报方法

随着信号处理技术的发展,对浅海信道传输特性的研究与利用日益受到重视。文章研究了浅海典型环境中水下宽带信号波形的快速数值预报方法。基于波束位移射线简正波（BDRM）理论,利用傅立叶方法求解宽带传播模型,在宽带模型计算过程中,通过宽带模型频域近似展开和模型并行化两种方式,实现快速准确的宽带信号波形预报。     

浅海声传播对声学测试影响的初步分析

海面与海底构成了声源浅海海域波导场的声传播环境。本文采用解析算法将球面波分解为平面波,推导给出介质层中的声场空间分布特征,给出了低频声波声源定深而接收点在一定深度附近变化的声场变化计算结果,并初步分析了浅海海域中由于海面起伏使接收水听器深度变化对声场强度的影响,对实艇声学测试具有较强的针对性和一定的工程实用性。     

不同声源深度产生海底地震波仿真分析

在浅海环境中,舰船产生的低频水声信号会在海水和海底介质界面处以舰船地震波的形式进行传播[1],此时海底具有低通滤波的特性。通过理论分析和使用COMSOL Multiphysics软件的声-固耦合模块建立仿真模型,验证其滤波特性的存在,并讨论不同声源深度对海底地震波传播的影响。     

不同声源深度产生海底地震波仿真分析

在浅海环境中,舰船产生的低频水声信号会在海水和海底介质界面处以舰船地震波的形式进行传播[1],此时海底具有低通滤波的特性.通过理论分析和使用COMSOL Multiphysics软件的声-固耦合模块建立仿真模型,验证其滤波特性的存在,并讨论不同声源深度对海底地震波传播的影响.     

海底地声参数对浅海低频声传播的影响

用分层介质中点声源激发声场的积分表示法得到海水中声源外任意一点的声场表达式,用波数积分的数值计算方法得到声场传播在距离上的传播损失,针对不同的海底沉积物参数进行了声场的仿真计算和分析,得出浅海低频声传播的基本规律和特点。     

基于混合法的内部结构声分析

有限元法（FEM）是广泛接受的分析耦合结构声（SA）系统动力响应的预报工具。由于随频率增加计算模型也增加导致基于单元的方法在实际中约束在低频段。一种替代方法是基于间接Trefftz法的基于波动方法（WBM）。但WBM的不足之处在于高计算效率只针对中度复杂的几何模型。为了利用两者的优势：FEM的广泛应用和WBM的高收敛特性,提出了混合FE-WB预报法（FEM-WBM）。基本原理是将FE模型中较大且几何简单的部分采用WBM代替。得到的耦合模型仍具有较少的自由度。简要描述了FEM、WBM以及混合FEM-WBM的理论基础。最后将该方法应用于一个简单的结构声模型,理论分析结果与数值仿真计算结果吻合较好,该混合方法有潜力覆盖中频段。     

浅海宽带声源深度判决方法

被动声呐系统具备区分水面和水下目标的能力是十分重要的。针对此问题,文章提出了一种在浅海环境下利用单水听器区分水面和水下目标进行分类的方法。声源深度判决问题可以看作二元分类问题,在理想浅海波导的相干多途信道模型下,推导了海底和海面反射声与直达声时延差比值的关系式,并基于该比值构建了与声源距离无关的深度判决统计量,利用该统计量与预设门限进行对比,可以对水面和水下声源进行区分。在宽带噪声源的假设下,接收信号的功率谱中含有与多途时延量有关的周期分量,对功率谱进行稀疏性约束,可利用正交匹配追踪算法对海底和海面反射声时延进行估计。计算机仿真给出了时延估计性能,分析了时延估计误差对算法的影响性能,同时利用蒙特卡罗试验方法验证了所提声源深度判决方法的有效性。     

界面对弹性球壳声辐射的影响分析

深海和浅海信道均为有界空间。为计算界面对有界空间中弹性结构振动及声辐射的影响,本文利用虚源法和Graf加法定理,建立了理想界面附近点力激励下球壳振动声辐射的解析模型。分别计算了不同边界、不同下潜深度和激励位置下球壳的声辐射阻抗、辐射声压和声功率,解释了辐射声场的形成机理,并给出了声压频率谱中干涉条纹的简单预报公式;以辐射声功率为评价参数定量讨论了不同类型边界对球壳声源特性的影响规律。计算结果表明,对于相对壳厚h/a=1%～5%的薄球壳,当无因次频率ka≥2且归一化下潜深度Hr≥3时,界面对球壳辐射声功率的影响小于3 dB,可以忽略。     

浅海水声多途信道建模与仿真

在进行水声信号恢复和增强、目标探测、跟踪、定位、水声通信等技术的研究过程中,对海洋信道的仿真研究是进行这些水声信号处理仿真的基础。简要分析了水声信道的传播特性,主要针对水声信道强烈的多径效应这一特点,研究了浅海水声多途信道的物理模型,并通过BELLHOP射线传播模型实现了声场环境模拟以及水声信道建模。通过比较不同深度声源的声场分布,以及不同收发条件下的水声信道冲激响应,验证了水声信道的多径效应、稀疏性、传播损失、时变空变以及随机性等特性。     

数字化声发射技术在潜水器管道泄漏监测中的应用研究

为了研究数字化声发射技术在潜水器管道泄漏监测中的可行性,文章创建了管道泄漏声发射检测系统,提出了应用于潜水器管道泄漏的声发射通道采集控制参数,对潜水器管道泄漏现象进行了试验研究,验证了系统的有效性和实用性。同时通过对管道泄漏声发射信号参数的统计分析和傅里叶变换,获得了潜水器管道泄漏声发射信号的RMS、ASL、能量以及频率等幅频响应特性随传播距离和管道内部压力的变化规律,为在潜水器服役过程中进行声发射实时监测提供物质基础和技术支撑。     

鱼雷被动声自导反舰深度设定方法

鱼雷被动声自导反舰时,搜索深度的设定决定了鱼雷效能的发挥。采用鱼雷被动自导作用距离作为鱼雷搜索深度设定依据。被动自导方程各项中,鱼雷自噪声级与传播损失随深度变化,二者在深度上的分布决定了不同深度上自导作用距离的差别。采用声散射模型计算鱼雷自噪声级,采用Bellhop模型计算传播损失,结合被动自导方程其他各项的仿真和计算,定量分析4种典型水文条件下自导作用距离随深度变化情况,并提出被动自导系统搜索深度设定原则。     

浅海环境中水下物体声目标强度物理意义的讨论及模式滤波测量法

水下运动平台的声目标强度测量试验多在浅海环境中进行。文章根据简正波理论推导了基于平均测量法的浅海环境中水下物体声目标强度TS的解析表达式,深入分析了TS的物理意义。分析表明,在确定的方位角上,TS与分布在一定范围内的垂直入射角兹i和散射角兹s所对应的目标散射函数值有关,兹i和兹s是离散的,其取值取决于简正波阶数;同时,TS还跟海洋环境和测试距离有关,当测试距离非常大时,约等于自由场声目标强度TSfree。文中还提出了一种基于垂直发射阵和垂直接收阵的声目标强度测量方法,即模式滤波测量法（Modal-Filtering Measurement,MFM）。理论分析表明,MFM法具有很好的抗界面混响性能,并且跟平均测量法和垂直阵常规测量法相比,具有更高的测试效率,测试结果更接近自由场声目标强度。     

基于GPU的实时水声信道仿真实现

对于水下无人系统跟踪定位、水声通信等技术而言,水声信道估计的实时性至关重要。本文首先简要分析了水声在浅海中的传播特性及信道模型,包括声速建模、传播衰减建模及本征声线的搜索模型;其次为了满足水声信道估计实时性的要求,基于GPU利用OpenCL环境进行仿真实现。最后通过结果分析,说明了本文对于水声信道的建模合理正确,同时也满足了实时性这一要求。     

目标覆盖层在典型浅海波导中的消声作用

应用非刚性表面声散射的物理声学方法,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中覆盖消声层目标回声计算的数值方法。选取Benchmark潜艇模型和两种假想的消声覆盖层(反射系数在垂直入射时相同,随角度增加的速率不同),讨论了自由空间和浅海信道中弱正梯度和负梯度两种典型声速剖面条件下刚性及覆盖消声层目标的回声特性。结果指出:由于自由空间和浅海波导中目标回声形成机理不同,这两种覆盖层对自由空间中的消声作用影响较小,对浅海波导中的消声作用影响较大;自由空间中消声覆盖层的消声作用不能完全反映其在浅海波导中的实际效果;在实际浅海波导中为了获得较好的消声作用,不仅要在0度入射角还应在小角度(0-30度左右)范围内将覆盖层的反射系数控制在较小的数值区间。     

基于粒子群算法的潜艇声诱饵防御声自导鱼雷研究

对于正在进行蛇形搜索的声自导鱼雷,潜艇机动规避并使用单个小口径自航式声诱饵防御,可使得潜艇和鱼雷距离较远,降低潜艇威胁。潜艇声诱饵防御声自导鱼雷是一个作战优化问题,通过建立三维仿真模型,采用基于并行计算的粒子群算法求解潜艇机动规避和声诱饵机动参数解决该问题。仿真结果表明,并行粒子群算法能够迅速解算三维模型并计算出较优的可行解,该计算结果可以用于分析各参数对仿真模型以及对仿真结果的影响,从而分析总结潜艇机动规避并使用单个自航式声诱饵防御鱼雷的规律。     

海底三维散射模型仿真研究

海底声散射强度是浅海混响预报的一个重要物理量.采用Jackson复合粗糙度模型研究了非均匀海底界面的声散射问题,对模型进行了理论推导和仿真计算,利用已发表的海底散射强度实测数据与模型仿真结果进行对照,验证了模型的正确性,并就海底沉积物类型和海底声学特性参数对海底反向散射强度的影响进行了分析.     

水下潜器首部声基阵区流噪声研究方法

水下潜器在航行过程中,主要使用声呐来探测敌方舰艇以及自身位置。主声呐一般安放在潜艇首部位置,可分为主动声呐与被动声呐。在探测目标时,噪声是2种声呐系统都必须克服的干扰因素。针对自噪声中的流噪声,首先使用LES模型对水下潜器的外流场进行仿真计算。在获得流场中的脉动压力分布后,将其导入基于Lighthill声类比理论的声学软件ACTRAN中进行声场仿真计算,实现了对水下潜器首部声基阵区流噪声的数值预报。研究了航速、共形阵的安装位置和基阵单元安装面形状对声基阵区流噪声传播的影响。结果表明:航速越大,流噪声越大;增大声呐安装面与导流罩的距离以及使用较光滑的安装面,可以减小声基阵区流噪声的大小。     

一种改进的Jakes’信道模型及仿真

由于无线通信环境中存在的诸多不确定因素以及其在现代无线通信系统中的重要作用，合理的无线信道成为通信系统仿真研究的重要目的。确立信道仿真模型的目的就是为了尽可能的得到实际信道的统计特性，该文针对Jakes提出的信道模型，通过仿真来分析其局限性，并参考其中的谐波叠加（sum of sinusoids，SOS）法，来建立一种采用了随机分支增益、随机初始相位和有条件的随机多普勒频率改进的信道模型。