浅海波导不变量计算方法研究

浅海波导不变量的研究是近年来水声学中热门课题之一。波导不变量是表征浅海声场干涉条纹结构一个标量,可利用二维傅立叶变换的方法估计得到,但在试验数据处理过程中会出现多极值点情况以及距离-频率谱图难获取的问题。文中提出采用Gabor滤波提取单条条纹解决前一问题,采用统计方法解决后一问题。     

深海会聚区波导不变量特征研究及应用

为了解决深海会聚区目标及其运动态势难以判断的问题,在研究会聚区形成条件和其声场传播规律以及波导不变量理论的基础上,对典型深海环境不同位置的声强距离-频率分布图中的干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。结果表明,深海会聚区存在与其他区域不同的干涉条纹特征,其对应的波导不变量?值为负。本文提出了利用会聚区特有的干涉条纹特征,对会聚区目标及其运动态势进行初步判断的方法,仿真结果和试验数据表明,判断方法具有可行性和有效性。     

孤立内波对过渡海域声场干涉结构的影响分析

南海北部陆坡海域是孤立内波的活跃区,孤立内波在该海域能够引起水体环境较强烈的水平不均匀性,从而影响声场干涉结构。将描述宽带声信号强度干涉条纹斜率的波导不变量视为一种分布,能更准确地分析声场的距离*频率干涉结构。本文研究了孤立内波环境下过渡海域声场的距离*频率干涉结构,依据实测孤立内波海洋环境,得到孤立内波环境下随距离变化的声速剖面,利用抛物方程方法仿真过渡海域声场干涉结构。在此基础上,利用拉东变换和傅里叶变换结合的谱值分离方法在低信噪比环境下提取波导不变量分布。分析表明孤立内波环境下过渡海域的声场类影区、类会聚区的波导不变量取值更丰富。     

微扰Kepler系统轨道微分方程的近似Lie对称性与近似不变量

把极角θ视为独立变量,得到Kepler系统的轨道微分方程. 首先讨论Kepler系统轨道微分方程的Lie对称性和不变量,微扰Kepler系统轨道微分方程的精确Lie对称性和精确不变量,其次讨论微扰Kepler系统轨道微分方程的近似Lie对称性和近似不变量,并得到了微扰Kepler系统的9个一阶近似Lie对称性和6个一阶近似不变量,其中1个实为精确不变量,而其余5个分别等于微扰系数ε乘以Kepler系统相应的5个不变量.     

浅海爆炸声传播损失及简正波分离实验研究

文章简要介绍了浅海声传播损失的研究背景和基本理论方法。通过1/3倍频程滤波对浅海爆炸宽带信号的不同频段在浅海的传播损失情况进行了分析,描述了浅海环境对声传播损失的影响;同时在不知道先验信息的条件下,利用垂直阵声压数据成功地进行了简正波分离,并与理想条件下Kraken简正波模型计算出的结果进行了比较分析。     

用模糊数学方法对地质变量排序

依据模糊等价关系分类的原理,提出地质变量之间的相关关系;利用模糊模式识别方法,对变量进行排序。     

射线稳定性参数与波导不变量

基于简正波理论的波导不变量在声传播特性描述中已得到广泛应用,而当环境与距离无关或存在轻微扰动时,基于射线理论的声场特性可以用一个新的物理量—射线稳定性参数来描述。本文通过简正波干涉声场数值模拟,通过分析简正波相长干涉形成的能量包传播路径与射线传播路径相互关系,利用简正波水平干涉结构距离上的周期性与射线水平跨距相等的特点,采用简洁方式证明了射线稳定性参数与简正波波导不变量间的等价性,从而在射线和简正波理论中建立了一个新的联系。对远距离射线模型声传播仿真结果的分析表明,与射线传播时间相比,射线稳定性参数作为射线理论的一个新的参数,可有效用于描述声传播特性,并能够反映海洋环境变化,应用于海洋环境参数声学反演。     

基于模糊神经网络的多变量系统的解耦方法

针对多变量、强耦合、纯迟延系统,提出一种模糊神经网络的解耦方法,结合遗传算法、将多变量系统解耦成单变量系统。传统解耦方法对于非线性系统、变结构系统以及耦合关系和耦合强度随时间和负载变化的复杂系统经常无能为力,而这种综合了模糊逻辑和神经网络优势的解耦方法,由于具有非线性和自学习能力,使其解耦性能不受影响,弥补了传统解耦方法的缺陷,对复杂系统有着较好的解耦能力。且该方法不需要建立精确的数学模型,易于实现。文章最后通过仿真实验验证了该模型的解耦效果。     

浅海角度-时间灵敏度核特性研究

灵敏度核是声学观测量扰动与声速扰动之间的关系量,为探究浅海声波导中声场的扰动位置对声波到达时间、到达角度等声学观测量的影响程度,用格林函数一阶玻恩近似结合双波束形成的阵处理方法,推导得到角度-时间灵敏度核。对选取的本征声线进行研究,相关结果表明角度-时间灵敏度核包含了更多的空间属性,弥补了传统灵敏度核在声场扰动位置判断上的不足,为灵敏度核在海洋观测中实验站点布设优化及海洋环境参数反演等方面的应用提供了有力支撑。     

基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明：在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。     

基于窗函数法的恒定束宽波束形成器设计

文章研究了等间距线列阵宽带恒定束宽波束形成器的实现原理。给出了利用窗函数获得实现恒定束宽所需子频带加权矩阵的方法。利用获得的加权矩阵，构建了恒定束宽频域算法模型，并通过计算机仿真验证了其有效性。     

Range localization of 10-100 km explosions by means of an endfire array and a waveguide Invariant

Short acoustical signals like those caused by explosions will in a waveguide split into mode arrivals. If the distance is long enough, they can at the receiver be resolved in time with appropriate narrowband filters. They can simultaneously be resolved in vertical angle (incidence-) with an endfire array and a beamformer. Combined in a beam-time diagram the arrivals will line up along a straight line. The slope of this line is invariant with frequency, mode indexes, source and receiver depths. It can conveniently be linked to the so-called waveguide invariant /spl beta/. An alternative approach to /spl beta/ is to compute it from the bathymetric profile. This is valid for range variable waveguides under adiabatic conditions, constant water sound speed over a harder bottom, and small grazing angles. Together these two approaches to /spl beta/ can be combined in a formula, where direct range determination is the end product. The applicability of the method is demonstrated on data from an experiment at sea. An 820-m array with 10 hydrophones was deployed at the bottom in 320-m water depth. For two endfire runs in opposite directions, small explosive charges out to 115 km were used as sound sources. Typical range estimation errors were 5-10%.