曹雨露, 杨晓刚, 张拓[1]2017年在《浅海典型声速近程海底混响数值仿真》文中研究指明浅海混响以海底混响为主。本文选取对浅海近程海底混响贡献较大的声线采用射线声学理论,数值计算浅海3种典型声速分布下的海底混响时域信号和混响强度,分析声速分布、脉冲宽度及负跃层声速条件下声源深度对海底混响衰减的影响。计算结果表明:浅海近程混响强度随着时间振荡衰减,不同声速、不同声源深度下混响强度具有相似的衰减特性,但振荡衰减的"波峰"和"波谷"会随着声速分布、声源深度变化而变化。
吴金荣[2]2002年在《浅海近程混响衰减规律研究》文中研究表明海洋混响是严重影响声纳性能的主要因素之一，同时也包含了大量的海洋环境信息，因此对海洋混响的研究就显得很有意义。平均强度是描述海洋混响的一个重要物理量，很早就有人对其衰减规律进行研究，但至今还没有得到完满的结果。本文就是在前人工作的基础上对浅海海洋混响平均强度衰减规律进行了一些有益的改进。 本文首先从分层介质的射线理论出发导出倾斜海底收发合置浅海近程海洋混响平均强度的近似表达式，并对其进行数值分析与实验验证。结果表明：海底散射方向性指数因子、海水声速梯度、海底倾斜角等对海洋混响平均强度的衰减皆有影响。海底散射方向性指数因子对其影响最大，即适当选取海底散射模型是浅海近程混响建模的首要因素。其次，对混响强度影响的第二大因素是声速梯度，声速梯度越大，混响强度衰减越快。第叁，海底倾斜角也会影响海洋混响的衰减，海底倾斜角越大，混响平均强度衰减越慢。 然后分析了声速跃变层对海洋混响平均强度衰减的影响。声速跃变层对海洋混响平均强度的衰减速度几乎无影响，但对混响强度的强弱有影响。发射声源与水听器在声速跃变层上方时，水听器接收到的混响强度比无声速梯度时接收到的混响强度大；发射声源与水听器在声速跃变层下方时，水听器接收到的混响强度比无声速梯度时接收到的混响强度小。 最后分析了收发分置海洋混响平均强度的衰减规律。收发分置时的混响平均强度随时间的变化先是增加，到一个极大值时再随时间的变化而有规律地减小，其衰减规律与收发合置混响强度衰减规律一致，其强弱与接收水听器所处位置有关。
吴金荣, 孙辉, 黄益旺[3]2002年在《浅海近程混响衰减》文中进行了进一步梳理海底混响是主动声纳的重要背景干扰.研究混响的主要目的之一是得到混响干扰背景下主动声纳方程中的混响强度参数.应用射线声学理论研究了收发合置和分置两种情况下,倾斜海底的近程混响平均强度衰减特性;并且结合湖上实验数据的处理及分析,讨论了海水中声速分布、海底散射特性、海底倾斜角和海水中声速跃变层等因素对混响平均强度衰减特性的影响.数值计算以及实验结果表明:对浅海近程混响强度衰减规律影响最大的是海底散射特性;影响较小的是海底倾斜角.
陈尚权, 吴金荣, 马力, 赵振东[4]2014年在《低频两点声源浅海混响测量》文中研究指明0引言混响是由界面以及海水中的大量散射体的散射回波在接收点处声场迭加所形成的~([1])。水声工作者对其进行了大量深入研究,取得了丰硕的成果,在深海,采用射线理论混响模型~([2])很成熟的解释了深海混响衰减规律;在浅海,采用射线、简正波两种理论建立了一些列的混响模型~([3-4]),对浅海近程、中程、远程混响的衰减规律做了很好分析。但这些研究将声源作为了单个点声源处理,而随着声纳探测技术的发展,研究低频和多个声源的混响衰减规律成为了新的发展方向。
郭熙业[5]2010年在《主动声呐海底混响信号的合成方法研究》文中认为声呐是人类感知和探索海洋的重要工具,主动声呐往往受到混响的强烈干扰而无法正常工作。为了解决混响干扰问题,主动声呐设备必须进行抗混响设计,而设计的最终效果要通过混响测试与评估。这就迫切需要一种能够产生混响模拟信号的信号源,从而为混响背景下的主动声呐提供一种经济、灵活、可重用的测试手段。论文以混响信号模拟源的研制为背景,开展了主动声呐海底混响信号的合成方法研究。从信号与系统的观点看,混响信号是发射声波信号作用于海洋环境的输出响应,发射声波所经历的各种变换过程构成了混响的线性系统,该系统可以等效为一个滤波器。结合以上思路,本文建立了单阵元混响信号的FIR信号与系统模型,模型具有明确的物理意义,反映了真实的混响物理现象,由此,验证了模型的合理性。模型的FIR滤波结构为混响信号模型计算方法的实现提供了基本框架,将混响信号的产生等效为滤波运算。滤波器的阶数等于散射体的数量,大量散射体的存在,导致运算过程中需要计算大量的抽头系数,为了降低计算复杂度,本文分别提出了用于近程及远程混响信号合成的FIR滤波器系数的计算方法。研究了FIR模型中滤波器的稀疏化处理问题,形成了稀疏化处理的合理性准则,推导了海底混响信号的稀疏化FIR模型,在不同散射体滤波器系数满足独立同分布的条件下,得到了稀疏化滤波器系数的简化计算方法,仿真实验验证了滤波器系数计算方法的有效性。两种滤波器系数计算方法为单阵元混响信号的合成提供了复杂度适中的实现方法。在垂直阵列中,由于阵元几何位置差别,混响信号在阵元之间存在着特定的时空差异。针对垂直阵列多阵元混响信号的合成问题,分别提出了用于近程及远程垂直阵多阵元海底混响信号的合成方法。对于近程海底混响,建立了垂直阵多阵元近程混响信号合成的延时滤波模型,将混响信号的合成问题转化为延时滤波的实现问题,研究了一种实现分数倍延时的插值滤波方法,仿真试验验证了方法的有效性。对于远程海底混响,证明了阵元之间海底混响信号时空相关的可分离性,在此基础上,提出了基于AR-AR级联模型以及MA-AR级联模型的统计合成方法,仿真实验结果表明统计合成方法是有效的。
刘大勇[6]2013年在《海底混响信号仿真研究》文中指出在频谱特性上，混响与发射信号是相近的，它限制了主动声纳的性能，成为主动声纳的主要干扰。声纳设计者在声纳系统设计之初就需要参考混响信号的参数特性来提高声纳系统的抗混响性能。考虑到实测混响信号的成本与某一条件下的混响信号难以复现性，实际水域的混响信号参数很难获得，因此需要一种能够在某种参数条件下，廉价、简易、高效产生混响信号的模拟源。本文以海底混响的合成仿真为主要研究内容，将海底混响信号视为声源信号作用于海洋环境系统的结果，分别讨论了海底混响信号的生成的系统构成、传播过程、散射过程与系统简化，研究了近场和远场情况下的仿真方法，并通过对其统计特性的分析探讨，检验了仿真结果的有效性。
张明辉[7]2005年在《叁维环境海洋混响强度衰减规律研究》文中进行了进一步梳理海洋混响是严重影响声纳性能的主要因素之一,同时也包含了大量的海洋环境信息,因此对海洋混响的研究就显得很有意义。平均强度是描述海洋混响的一个重要物理量,很早就有人对其衰减规律进行研究,但至今还没有得到完满的结果。本文就是在前人工作的基础上对浅海海洋混响平均强度衰减的算法进行了一些有益的改进。 用射线声学计算浅海混响时,若考虑所有多途的影响,公式比较繁琐;而实际上,有些多途声线对混响的贡献并不大,可以忽略。本文以射线声学理论为基础,推导出典型海洋环境下各类多途声线的海底混响平均强度计算式,在数值计算的基础上,分析比较各类多途声线海底混响的相对大小以及它们对总混响的贡献。结果表明:只需考虑四类多途声线(海底的一次散射)对混响强度的贡献,就可以计算出较准确的海洋混响强度。 然后从分层介质的射线声学理论出发导出倾斜海底收发合置海底混响平均强度的近似表达式,并对其进行数值分析。结果表明:海底散射方向性指数因子、海水声速梯度、海底倾斜角等对海洋混响平均强度的衰减皆有影响。海底散射方向性指数因子对其影响最大,因而准确选取海底散射模型是浅海近程混响建模的关键。对海洋混响平均强度的衰减影响较大的另一因素是声速梯度。第叁个因素是海底倾斜角,海底倾斜角越大,海洋混响平均强度的衰减越慢。 最后分析了收发分置海洋混响平均强度的衰减规律。收发分置时的混响平均强度随时间的变化先是增加,到一个极大值时再随时间的变化而有规律地减小,海底散射方向性指数n越大,其混响强度越小,且混响强度随时间衰减的越快。并与实验数据进行了比较,结果验证了分置混响模型能够较准确的预报海底混响强度。
胡家福, 朱广平, 张卫强[8]2012年在《收发分置声纳浅海近程混响信号建模研究》文中指出研究了收发分置声纳浅海近程混响的建模与仿真,模型主要基于单元散射理论,依据散射系数相关半径来划分海面、海底散射单元,通过模拟海面、海底混响形成的物理过程建立单接收与多接收模型。模型中考虑声纳设备参数(指向性、收发位置、发射信号)及环境因素(海面运动、海底粗糙程度)对混响建模的影响。设计程序实现浅海近程单接收与多接收混响信号模型并仿真计算出混响时间序列,提供GUI(Graphical User Interface)用户图形界面支持。对建模仿真的混响信号进行统计分析,验证了论文建立的浅海混响信号模型的正确性。
周纪浔, 关定华, 尚尔昌, 罗恩生[9]1982年在《浅海远程混响与海底散射强度》文中指出利用浅海平均声场角度谱分析法,在海底散射的任意角度关系和浅海均匀层远程混响的距离关系之间建立了变换关系。与国外沿用的深海近程界面混响理论相比,多了多途传播修正因子K(公式18)。利用该变换关系式,由黄海、渤海、东海等5个海区的浅海远程混响资料,推得频率为0.8—4kHz,掠射角为2—10°的低频、小掠角海底散射强度。所得结果与国外深海直接测量的大掠角数据衔接较好。结果同时表明,大陆架高声速海底散射常数(μ)和角度指数(2n)不仅与海区、频率有关,而且与角度范围有关。在掠角很小时,海底散射强度随掠角减小比中等掠角时衰减更快。
张明辉[10]2011年在《海底声散射强度测量方法及不规则海域混响特性研究》文中指出海洋中存在大量的散射体,入射声波投射到这些散射体上会产生散射,而这些散射声波在接收点的迭加就形成了混响。在水平有界海域,海洋混响受水平边界的影响严重；同时,近岸浅海的渐深海底也影响海洋混响的规律,本文题目所指的“不规则海域”,就是此类水平边界和海底边界形状不规则并且边界条件复杂的海域,不规则海域中的混响有其特殊的规律。混响是主动声探测的重要干扰背景,研究在不规则海域中的主动声纳探测问题,要求对不规则海域中混响场的特性有充分了解,才能针对该类海域声场及声干扰场特点,开发有效的水声探测技术。在浅海,海底混响是海洋混响的重要组成部分,而海底散射强度又是影响海底混响的重要因素,随着多基地声纳系统的研究和应用,就需要研究海底散射强度与入射掠射角、散射掠射角和散射方位角的关系,即海底叁维散射强度。基于此,本文主要研究海底叁维声散射强度的测量方法以及不规则海域的混响特性。本文给出了一种测量海底叁维散射强度的方法,该方法由水平指向性窄垂直指向性宽的声源发射信号,在接收位置由水平、垂直指向性窄的T型接收阵接收散射区域中的某散射元的海底散射信号,根据入射声程和散射声程计算的传播损失、声源的声源级和接收到散射信号声强,计算可得距此散射元单位距离处的入射声强和散射声强,再根据散射强度定义可求得此散射元的叁维散射强度。用时延波束形成技术改变T型接收阵的声轴指向方向,使声轴指向散射区域的其它散射元,用相同的方法可求得该散射点的叁维散射强度,进而能测得整个散射区域中各散射元的叁维散射强度。文中还引入一计算海底叁维散射强度的理论模型,该模型是在海底散射是各向同性这一假设条件下建立的。湖上测量得到的湖底叁维散射强度同理论模型计算得到的结果相吻合,但在海试中,相同的入射掠射角、散射掠射角和散射方位角条件下海底同一散射元在不同入射方向上测量得到的前向散射强度有近20dB的差别,表明实验海域海底散射强度各向异性。以射线声学理论为基础,在收发合置情况下,用Lambert散射定律计算海底散射强度,只需考虑海底的一次散射对混响强度的贡献,对倾斜海底混响强度进行建模与实验验证；在收发分置情况下,用叁维散射模型计算海底散射强度,同样只需考虑海底的一次散射对混响强度的贡献,对倾斜海底收发分置混响强度进行建模与实验验证。在此基础上,通过几何变换关系,可用倾斜海底混响强度模型计算不规则海域侧面壁的混响强度,再将左侧壁面、右侧壁面和海底这叁个粗糙面的混响强度迭加起来即得不规则海域总混响强度,并通过实验数据验证了模型的正确性。通过理论计算,在收发合置的情况下,由于有两侧面壁的影响,不规则海域的混响强度在近程要略大于水平海底和倾斜海底的混响强度,随时间的衰减也快。对于不规则海域混响强度,发射声源的发射脉宽对混响强度的影响较大,脉宽越宽,混响强度越大；海底倾角和两侧面壁开角对远程混响有较大影响,海底倾角越大,混响强度随时间的衰减越快,两侧壁开角越大,混响强度随时间的衰减越慢；两侧面壁倾角越小,不规则海域近程混响强度越大,远程混响强度越小。以海底散射系数的空间相关半径设定散射单元面积,根据混响产生的物理过程,建立海底多途混响信号模型,通过对仿真得到的混响信号进行统计分析,其瞬时幅值服从高斯分布,瞬时相位服从(0,2π)间的均匀分布,符合混响的一般统计规律。通过对仿真得到的不规则海域收发分置多途混响信号和实验得到的不规则海域混响信号的处理知,不规则海域混响垂直方向上的空间相关性比水平方向上的空间相关性强；而在水平方向上,垂直于两侧面壁方向上的空间相关性比平行于两侧面壁方向上的空间相关性强。随着混响信号频率的增高,各方向上的空间相关性减弱,并且垂直方向上混响的空间相关性变化较水平方向上的混响空间相关性变化明显。
参考文献：
[1]. 浅海典型声速近程海底混响数值仿真[J]. 曹雨露, 杨晓刚, 张拓. 舰船科学技术. 2017
[2]. 浅海近程混响衰减规律研究[D]. 吴金荣. 哈尔滨工程大学. 2002
[3]. 浅海近程混响衰减[J]. 吴金荣, 孙辉, 黄益旺. 哈尔滨工程大学学报. 2002
[4]. 低频两点声源浅海混响测量[C]. 陈尚权, 吴金荣, 马力, 赵振东. 2014年中国声学学会全国声学学术会议论文集. 2014
[5]. 主动声呐海底混响信号的合成方法研究[D]. 郭熙业. 国防科学技术大学. 2010
[6]. 海底混响信号仿真研究[D]. 刘大勇. 哈尔滨工程大学. 2013
[7]. 叁维环境海洋混响强度衰减规律研究[D]. 张明辉. 哈尔滨工程大学. 2005
[8]. 收发分置声纳浅海近程混响信号建模研究[J]. 胡家福, 朱广平, 张卫强. 海洋技术. 2012
[9]. 浅海远程混响与海底散射强度[J]. 周纪浔, 关定华, 尚尔昌, 罗恩生. 声学学报. 1982
[10]. 海底声散射强度测量方法及不规则海域混响特性研究[D]. 张明辉. 哈尔滨工程大学. 2011