海洋声速起伏对声传播及定位精度影响分析

海洋中声速起伏导致水声信道发生变化,进而引起声线到达结构的变化,对水声传播及定位精度产生一定影响。为讨论这一效应,基于TDOA体制建立了考虑声线弯曲的水下目标无源定位模型,分析了声速起伏对水下声传播路径及传播时间的影响,进而研究了声速起伏对水下无源定位测量精度影响程度。结果表明:当水平传播距离较大时,声速剖面起伏对声传播路径及传播时间的影响更为显著;以典型四元阵为例,若基线长度为20 km,接收阵位于水下5 km处,在不考虑其它随机误差影响下,海洋声速起伏造成的声源定位误差量级在0.5 m以内。分析结果有助于更好地利用环境特征优化无源定位测量方案,可为高精度水下无源定位系统设计及精度评估提供依据。     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

海洋水下作战仿真系统的设计研究

水下作战对抗已经成为信息化海战的重要方面,但水下战场的特殊性和复杂性使对水下作战对抗的论证评估、演示分析和实验研究等都面临着更多的困难,设计研究水下作战仿真系统,对于水下作战对抗体系构成的验证、水下作战对抗模式的演示以及对抗效能分析和关键技术发展导向等都具有重要价值。在水下作战对抗的应用背景下研究设计了水下作战仿真系统,分析了系统的总体架构,重点从节点对象类、节点运动模式属性类以及功能属性类等方面对系统的模型体系进行设计,给出了系统的接口关系设计和驱动机制实现,仿真实例表明系统并能够为水下作战提供有效的论证评估手段和演示分析研究平台。     

浅海沉积层声学特性对声传播损失的影响仿真研究

为厘清海底沉积层声学特性信息的水声环境保障需求,构建浅海两层海底环境参数模型,并参考Hamilton海底底质9种分类设置沉积层声速、密度、衰减系数及厚度的参考值及计算采样区间,利用Kraken简振波模型,采用控制变量的方法,研究了浅海沉积层声学特性参数对声传播损失的影响;开展了建模理论推导及数值技术分析,研究了海底沉积层声学特性参数在模型计算过程中调用过程,并从建模计算的角度对仿真计算的结果进行解释,对海底沉积层声学特性调查装备发展及调查重点参数具有一定的参考价值。     

基于海洋环境噪声水下探测研究进展

由风、雨、舰船、海洋生物以及工业等因素形成的海洋环境噪声,是海洋中永恒存在的声场, 包含频段丰富。无论是在水下目标的主动探测还是被动探测过程中,海洋环境噪声都被认为是水声信道中的干扰因素。但海洋环境噪声包含诸多水体、海面、海底和海洋生物等信息,可以通过反演获取海水、海底等各种信息。概述了国内外基于海洋环境噪声声成像的发展现状,并预测了该领域技术发展趋势。基于海洋环境噪声进行的水下目标探测,在探测开发海洋资源、维护国家主权和国家海洋环境安全等方面具有重要意义。     

带内全双工水声通信技术研究现状与展望

近年来,水声通信技术已经被广泛应用于海洋环境观测等方面,但可预见的,在未来发展趋势下,以半双工体制为主的水声通信网络,将会无法满足日益增长的水下信息交互需求。带内全双工水声通信技术可以在相同的通频带内,同时发射和接收通信信号,理论上可将现有的频谱效率提高 1 倍,在水声信道可用频谱资源严重受限、水下信息交互需求激增的背景下具有极高的研究意义与应用价值。因此,带内全双工水声通信技术已逐渐成为了目前水声通信领域的研究热点之一。简要介绍了目前无线电及水声通信背景下的带内全双工技术研究现状,对带内全双工水声通信面临的主要挑战进行了论述,并结合目前现有研究成果与实际工程应用中的难点问题,提出了几种可行的研究方向。     

海洋中尺度涡建模及其在水声传播影响研究中的应用

针对海洋中尺度涡对水声传播的影响,利用中尺度涡区的历史水文实测数据提取涡旋强度,空间尺度等中尺度涡特征参数,建立了海洋中尺度涡理论计算模型。运用MMPE水下声场模型仿真试验研究了涡旋性质、强度和位置、声源频率和置放深度对声传播特性的影响。结果表明:暖涡使得会聚区的位置后退,会聚区宽度增加;冷涡使得会聚区的位置前移,会聚区宽度减小。涡旋的强度越大,前移或后退的效应越显著。     

海底声散射特性研究进展

海底是水下声场的重要边界,其声散射特性对水下声场空间结构及分布规律具有至关重要的影响。对目前国际上海底声散射特性研究方面的进展进行了系统的分析和总结,从海底声散射测量技术、海底声散射特性及机理、海底声散射预测模型3个方面进行了论述,并提出了未来研究的方向、研究重点与难点。该工作对于充分了解和认识海底声散射研究的目前现状和未来发展趋势具有很好的借鉴和指导意义。     

水声通信网及其多址接入技术

随着世界各国海洋开发步伐的加快,对水下传感器网络、水下监视系统、水声预警网络的需求愈来愈迫切,海洋水声通信网络的研究成了世界范围内的研究热点.水声通信网研究面临的主要困难是:海洋声信道的长延时、可用频带有限、严重的时变多途影响、功耗限制、网络安全性等.在分析水下无线通信的特殊环境后,针对水声通信网的多址接入技术进行了研究,选择适合的传输方式及相关协议构建基于OFDM与CDMA技术结合的水下通信网多载波CDMA系统;在matlab上实现多载波CDMA技术的水声通信网络节点对节点的数据传送,并得出了该系统的仿真结果:在帧长一定的情况下,随着信噪比的增大,系统的误码率会减小.在信噪比一定的情况下,子载波数目的进一步增大不会带来系统误码率的改善反而会使系统复杂性增加,降低系统的平均吞吐量,因此子载波数的选择应该在系统复杂性和效率之间折衷考虑.当水声信道上的信噪比一定时,可以通过控制数据帧的长度和子载波的个数来实现较高的网络平均吞吐量.     

基于海调实测资料的中尺度冷涡的会聚区声传播特征诊断

海洋中尺度涡能够使声能空间分布不均,进而对水声设备、水下兵器使用和潜艇战造成重大影响。本文基于2014年西太平洋海调中尺度涡观测资料,首先对该涡旋的三维结构特征进行研究,得出此为黑潮延伸体海域典型的气旋式冷涡。然后利用抛物方程水声数值模型仿真研究该中尺度涡对声传播损失的影响。研究表明:中尺度涡引发的海洋声速场水平扰动对水声场空间分布特征造成巨大影响,冷涡使得会聚区的位置前移,宽度减小,增益效能增强;声在中尺度涡边传播时,涡边会聚区较涡心会聚区的位置后退,宽度加大,增益效能减弱。