海洋环境对吊放声纳工作深度优化选择分析∗
吴 芳 吴 铭 高青伟
（海军航空大学 烟台 264001）
摘 要 吊放声纳是反潜直升机的主要搜潜设备，使用频率高，具有主/被动工作模式、可变深搜索、重复使用等特点。由于海洋环境的影响，当吊放声纳水下分机所处深度不同时，对某一深度的目标最大作用距离存在差别。论文从声传播轨迹和能量传播两个方面分析吊放声纳在不同声速剖面类型下其工作深度对作用距离的影响，对不同水文条件下的吊放声纳工作深度给出合理化建议，对吊放声纳装备性能使用进行优化，提高搜潜效能。
关键词 吊放声纳；反潜搜索；，海洋环境；搜潜；仿真
1 引言
吊放声纳是反潜直升机的主要搜潜设备，使用频率高，具有主/被动工作模式、可变深搜索、重复使用等特点。由于海洋环境的影响，当吊放声纳水下分机所处深度不同时，对某一深度的目标最大作用距离存在差别。这是因为在实际的海洋环境中，主动探测信号或目标辐射信号的传播受到噪声、混响、传播损失、声速剖面、海底地形等的影响。其中，噪声、混响及传播损失是不可避免的。但是，声速剖面、海底地形及工作深度等对信号传播的影响是不确定的。如果利用这些不确定因素，创造信号传播的有利条件，规避不合理情况，将极大地提高探测性能。吊放声纳在不同的海洋环境下作用距离是不同的，同样地，即使在相同的海洋环境下，采用不同的工作深度也会导致不同的作用距离。本文主要仿真分析了在不同海洋环境条件下吊声使用不同工作深度对应的声纳作用距离，并依据仿真结果给出吊放声纳在不同海洋环境下工作深度的选择方法。
由于海水介质的不均匀性，以及海面和海底分界面的作用，声波在海水中传播时会出现折射、反射现象，使得声波沿曲线路径传播。根据这一特点，可以将声线所经过的地方理解为声纳的作用区域，但其信号能量强度不一定能够发现目标，所以本文从声传播轨迹和能量传播两个方面分析吊放声纳在不同声速剖面类型下其工作深度对作用距离的影响，对不同水文条件下的吊放声纳工作深度给出合理化建议，对吊放声纳装备性能使用进行优化，提高搜潜效能。
2 吊放声纳作用距离数学模型
吊放声纳作用距离的解算主要依据主动声纳方程，即：
当吊放声纳设备一定（即检测阈一定）时，对于在吊放声纳的最大作用距离处返回的信号，检测阈DT应等于吊放声纳的最小可检测信噪比，即：
当方程取等号时，TL是达到最大传播距离时的传播损失值，即FOM（Figure of Merit）值：
优质因素FOM既与吊放声纳的性能有关，又与海洋环境噪声、自噪声和目标强度等参数有关。
从式（3）可知：吊放声纳作用距离计算的实质是尽可能精确地估计优质因素值，即须精确预报或测定TL、SL、NL、DT、DI和TS的值，即：利用射线声学可计算出平面内任一点的传播损失TL；吊放声纳的声源级SL为已知参数；只要给定吊放声纳的工作频率，便可以计算出对应海况下的环境噪声级NL；DT和DI为吊放声纳的具体参数；目标强度TS可以根据目标与吊放声纳相对位置计算得出，最后可通过计算得出的TL值和FOM值，获知吊放声纳各个深度上的最大探测距离。
微生物处理高盐废水可以一定程度满足低成本，几乎无污染的要求。但是盐度变化大以及高盐度都会一定程度上抑制未驯化的微生物以及破坏代谢功能，导致微生物的降解能力减弱，显著降低高盐度废水中有机物以及氮的去除效率，从而使得微生物的絮凝效果明显变差。适当浓度的含盐量在加入经过高盐驯化后的微生物后可以一定程度增加污泥的絮凝性，过程中也不会降低处理废水有机物的效率以及脱氮的效率并且可以一定程度提高污泥的絮凝性。宋晶等[36]研究发现，污泥驯化后的嗜盐菌具有较高的活性，表明处理高盐废水时分离筛选嗜盐菌技术是可行的。
联合组患者不良反应发生率为6.0%(3/50),其中恶心2例,头晕1例,对照组患者不良反应发生率为8.0%(4/50),其中腹泻1例、恶心2例,水肿1例。两组患者不良反应发生率相比X2=0.154,P=0.695。
结合主动声纳方程，下文将分别探讨声源级SL、背景噪声级NL、目标强度TS和传播损失TL的计算模型。
2.1 声源级
对于主动工作方式下的吊放声纳而言，发射声源级
比如在给大班幼儿教绕口令时，一开始幼儿并不知道什么是绕口令，而根据幼儿的年龄特点和发展实际，仅仅使用语言描述和讲解定义等方式显然与教育教学规律相违背。所以，在绕口令课程中，教师可以借助现代教学媒体，向孩子们展示相关的相声节目，先让孩子们有了看相声、学相声的兴趣，再逐步引入绕口令，鼓励孩子们模仿相声，学习绕口令。幼儿在观看、模仿和练习中就可以体会绕口令的内涵，激发了语言学习兴趣。等幼儿把绕口令练习到一定程度后，教师再利用教学媒体录音的方式进一步提高幼儿学习语言的积极性，把幼儿自己说的绕口令录下来，再放给他们听，进一步掀起幼儿学说绕口令，积极参与语言互动的高潮，让幼儿能够最大程度地释放语言潜能。
式中P为发射功率，单位为瓦（W）。
2.2 背景噪声级
修正项
一般在α1和α2很小时才起显著作用，可令：
设t时刻吊放声纳s坐标为 s：(xs(t)，ys(t))，t时刻潜艇i的坐标为 i：(xi(t)，yi(t))，γi(t)为t时刻潜艇i的航向角。令rsi(t)为潜艇与吊放声纳之间的距离，vi(t)为t时刻目标i的速度，则cos(θsi(t))=
si(t)
i(t) ，
si(t) 、
i(t) 分 别 为 r si(t)、vi(t)的单位向量。有：
2.3 目标强度
潜艇目标强度是随声信号入射方位变化的。图1为潜艇目标反射强度蝶形图，图2为声纳与潜艇的相对位置。潜艇目标强度是潜艇航向角和入射角的夹角（视线角）的函数，即：
目标反射强度TS值根据蝶形曲线方程确定：
式中：TSmax为正横方向目标反射强度；θsi(t)为t时刻的视线角。
s代表吊放声纳，i代表潜艇。如果考虑左右对称性，则视线角从0到±180°，0°时在艇首，180°时在艇尾。一般而言，正横时最大，艇首和艇尾时最小。
图1 潜艇目标反射强度蝶形图
图2 吊放声纳与潜艇的相对位置
式中f为声信号频率，单位为kHz；S为海况等级。
2.4 传播损失
由于声信道在浅海是多途、频散信道，脉冲波在传播过程中其波形将会发生复杂的畸变，对不同频率的信号、在不同的传播距离，其声强的变化有着不同的规律。浅海平均平滑声场中的传播损失可表示为
“尊元”理念源出于元人对北曲的自我尊奉，其背后连带着北曲——正音的定位、杂剧——风教的关联、文人——雅正的文化想象等多重构成，明初曲学系统也多承袭之。而到嘉靖、万历时期，文人曲家“尊元”的总趋向虽然未有变易，但随着他们对曲学的认识加深，特别是对音韵变化情况和审美建构的理解与探讨有所深入，出现了文人群体对元曲认知的旧有说法进行修正的态势。这种态势的出现也反映出当时文人对元曲、曲学的关注之高，已经达到了文学自觉的程度。
为第l号本征声线的跨度，ηl、ξl分别为本征射线的上、下反转（或反射）界面深度，z1、z2、r分别为声源深度、接收深度和距离，α1、α2、αs、αb分别为本征声线在声源深度、接收深度、海面和海底处的掠角，f为声信号的频率，c(z)为z深度上的声速，Vs、Vb分别为平面波在海面与海底的反射系数。
子曰：“学而不思则罔，思而不学则殆。”一堂课就怕学生只学习不思考，或者只凭空思考而不学习。在瑜伽课程的导入部分，可以设计问题，提出疑问，让学生带着问题学习，提供相互讨论和思考问题的平台，培养他们勤动脑的习惯，在学习的过程中消除这些疑问，在练习的过程中弄清楚、搞明白。
（当本征射线在水层中反转而不触及海面或海底时，则应当去掉Vs和Vb项）；
当接收器深度小于声源深度（即0＜z2≤z1＜h时），平滑平均声强：
认知弹性理论的第二个基本原理是：概念与案例构成的多维、非线性的十字交叉形状。这句话表明，当一个知识点比较复杂时，可以通过多个有意义的实际案例加以解释说明，使得该概念便于理解与掌握。初中阶段的学生虽然认知水平相对于小学生有很大的提高，但相比较于成人来说，逻辑思维水平还未成熟，对于一些复杂概念常常难以理解，久而久之，自信心下降，对学习自暴自弃。因此，多样化简易化的知识表征形式对于初中生英语教学是十分有必要的，这种表征形式在英语教学中主要是以多样化实例与概念相结合而得，学生通过实例能够更好理解概念知识，进而学习自信得到提高，学习会更加有动力。
其中：
考虑到声场的深度结构时，为了较好地反映声场的深度结构，可以对简正波振幅函数采用包络平滑。
当声源深度小于接收器深度（即0＜z1≤z2＜h时），平滑平均声强：
教材是体现教学内容和教学方法的知识载体，也是教师授课的重要依据和学生学习知识的工具，因此选择合适的教材是教学过程中非常重要的环节。在开设中医学专业医学分子生物学课程时，我们选择了供中医药类专业使用，由唐炳华，王继峰主编，中国中医药出版社出版的《医学分子生物学》作为教材。该教材承接医学院校生物化学的教学内容，深入和系统地介绍分子生物学的理论、技术和应用，注重与基础医学和临床医学的结合，符合中医学专业学生医学分子生物学教学的实际情况，增强了教学效果。
设
αh=k(0) cosαs则声强可表示为角度积分：
接收机背景噪声级与声信号频率、海况有关，通常使用以下的经验公式表示：
“规划环评”及“矿区规划环评”技术导则所推荐指标体系对于西南矿区规划环评指标体系建立具有指导意义。通过对规划类型、规划层次以及涉及的区域或行业发展状况和生态环境状况的分析，确定规划的环境目标和对评价指标的筛选，见表1。
当D(z)＜＜1时 ，
可用
与0＜μl＜k(0)来代替，于是公式简化为
此时，传播损失可按其定义计算：
3 吊放声纳作用距离仿真分析
将通过上述计算方法得到的各参数代入式（1）所示的主动声纳方程，就可以得到FOM值，再将此值在上节中计算得到的传播损失数组中进行查询，即可解算出在目标深度上的吊放声纳作用距离。本节仿真分析了不同吊放声纳工作深度对其作用距离的影响。
3.1 不同工作深度对声线覆盖范围的影响
在海深H=250m、发射换能器指向性开角为±10°的情况下，工作深度分别取20m、50m、80m和130m时的声线覆盖情况如图3～图6所示。
由图3～图6可以看出，工作深度位于20m时，声影区较大，且无反转声线存在，第一个声会聚区声线（能量）比较集中，总体来看探测盲区（没有声线的区域）较大；工作深度位于50m时，反转声线将声影区填充掉一部分，由于声源深度位于声速最小值处，初始掠射角较小的那部分声线形成了直达声线，所以在50m深度上始终有较密集的声线，两个明显的声会聚区也以这一深度为中心形成，但是此时150m以下声线能够覆盖的区域已经十分有限，且几乎无法穿透到海深200m以下，对潜航较深的目标无法进行探测；工作深度位于80m时，声影区面积进一步减少，在水平方向3km～5km和离声源较远的7.5km～9km处形成了两个非常明显的声会聚区；工作深度位于130m时，声线几乎每处都可以到达，已不存在探测盲区，正因为如此，声换能器发出的能量也比较分散，即声线比较稀疏，但在声源深度上还是可以较明显地看到分别位于4km和8km的两个声会聚区。
图3 工作深度为20m时的声线图
图4 工作深度为50m时的声线图
图5 工作深度为80m时的声线图
图6 工作深度为130m时的声线图
从以上仿真分析可以看出，在相同的水文条件下，不同的吊声工作深度会对声线覆盖区域产生很大的影响。针对该例中这种类型的声速剖面，当工作深度选在剖面下半段时，工作深度越深，影区面积越小；不论工作深度如何变化，声汇聚区出现的深度都在工作深度附近，水平位置也相差不多，第一汇聚区以4km为中心，第二汇聚区以8km为中心（水平位置的具体值由声速剖面下半段的正梯度绝对值确定）。
3.2 不同工作深度对能量传播的影响
假设海深H=250m、发射换能器指向性开角为±10°、声信号频率为50Hz、接收机深度为0到250m、海面和海底为平面反射（有衰减），工作深度位于20m、50m、80m和130m时的传播损失如图7～图10所示，其中声源处的传播损失为0dB。
图7 工作深度为20m时的传播损失图
图8 工作深度为50m时的传播损失图
图9 工作深度为80m时的传播损失图
图10 工作深度为130m时的传播损失图
由图7～图10可以看出，工作深度为20m时，海面和海底的反射比较严重，大部分的能量都在界面反射中被消耗掉，而未经反射的声线传播损失较小，仍携有较大的能量，在一定深度范围内能够传播较远；工作深度为50m时，初始掠射角绝对值在0°附近的声线由于向上向下都是声速减小而被限制在声源深度的水平线上，传播损失很小，甚至可以在水平距离已经传播了10公里之后依然将传播损失限制在60dB之内，这种情况非常适用于探测潜航深度在100m以内的目标，因为在这一深度范围内直到水平10km处传播损失一直控制在65dB内，但是由于向海底方向的正声速梯度较大，使得这种情况只能在非常有限的区域探测到位于200m以下的目标；工作深度位于80m时的情况与位于50m时的类似，只是声线反转的厚度加大了，但传播损失依然很小，几个高强度的声会聚区清晰可见，同时由于工作深度更深，可以比上一种情况更好地探测较深的目标，在9.5km以内、150m深度以上的目标几乎都可以70dB以内的传播损失探测到；工作深度位于130m时，声线已经可以覆盖距声源水平距离700m以外各深度的目标，但是此时经海底和海面的反射更加严重，除主要的声会聚区以外，传播损失基本都在67dB以上，但是由于其声线覆盖范围广，可在对可疑海域第一次进行吊放检查时采用这种工作深度。
手术时间：切口分离扁桃体上极至扁桃体窝内止血为止；术中出血量：吸引器中血量+称重止血棉，分别剂量两侧扁桃体；疼痛程度：采用视觉模拟评分法（VAS）评估术后疼痛程度，分值为0（表示无痛）～10分（表示最剧烈疼痛），患者凭感觉在长约10cm的直线上标记；伤口愈合时间：扁桃体窝白膜脱落时间。
4 结语
吊放声纳是反潜直升机的主要搜潜设备，使用频率高，具有主/被动工作模式、可变深搜索、重复使用等特点。由于海洋环境的影响，当吊放声纳水下分机所处深度不同时，对某一深度的目标最大作用距离存在差别。本文从声传播轨迹和能量传播两个方面分析吊放声纳在不同声速剖面类型下其工作深度对作用距离的影响，对不同水文条件下的吊放声纳工作深度给出合理化建议，对吊放声纳装备性能使用进行优化，提高搜潜效能。
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Analysis of Optimal Selection of Operating Depth of Lifting Sonar in Marine Environment
WU Fang WU Ming GAO Qingwei
（Naval Aviation University，Yantai 264001）
Abstract Dipping sonar is the main submarine searching equipment for anti-submarine helicopters.It has high frequency of use，and has features of active/passive work mode，variable depth search，and repeated use.Due to the influence of the marine environment，when the depth of the underwater sonar submarine extension is different，there is a difference in the maximum effect distance for a certain depth of target.This paper analyzes the influence of the working depth of the dipping sonar on the working distance under different types of sound velocity profile from two aspects of sound propagation trajectory and energy propagation，and gives reasonable suggestions for the working depth of the sonar suspension under different hydrological conditions.The use of dipping sonar equipment performance is optimized to improve search performance.
Key Words dipping sonar，antisubmarine searching，marine environment，antisubmarine helicopter，simulation
中图分类号 TN915
DOI： 10.3969/j.issn.1672-9730.2019.08.008
∗ 收稿日期： 2019年2月13日，
修回日期： 2019年3月24日
基金项目： 国家自然科学基金项目（编号：61271444）资助。
作者简介： 吴芳，女，博士，讲师，研究方向：航空反潜。吴铭，男，硕士，副教授，研究方向：航空反潜战术。高青伟，男，博士，讲师，研究方向：航空反潜战术。
Class Numbe r TN915