浅海声信道“时域衰落”特性研究

研究了浅海声信道“时域衰落”与海况、波高、中心频率和作用距离的关系。结果表明：在相同海况下,波浪愈高,振幅起伏愈明显;在同样作用距离、深度下,中心频率２０ｋＨｚ是信道较好的传播频率,其振幅起伏小,自相关时间较长;在该声道中,作用距离在２０００─２５００ｍ处振幅起伏最大。     

浅海声信道文本信息传输研究

论文首先介绍浅海声信道声传输的基本特性,指出在此类信道中进行多媒体信息传输的特殊困难.随后论述了文本信息传输所具有的抗噪声、抗起伏等优良性能,较能适应于水声信道的复杂性和多变性,但属于较高速率的文本信息传输,多途干扰仍然是文本信息正确检测的根本障碍.文中分析了频率跳变技术克服时域扩散较短的浅海多途的可行性和需解决的关键技术.海上获得的初步实验结果说明了文本信息传输所具有的优越性,值得今后继续深入的研究.     

浅海声信道信号时间相关特性研究

水声信道中信号的时间相关特性是水声微弱信号相关检测的理论基础和具体参数选择依据。文中以厦门港典型的浅海声信道中信号的时间自相关和互相关特性进行实验研究。结果指出,信号有强的时间相关性,无论自相关或互相关性均比海洋环境噪声强得多,因此在水声信道中采用时间相关检测可望达到优良的抗噪声效果。     

浅海声信道中脉位信息检测的抗多途研究

简述了浅海声信道中多途干扰的主要特征及其对脉位信息检测的影响,探讨克服多途干扰的几种可能途径,并提出了一种有效的抗多途方法,以实现浅海声信道中脉位信息的可靠、精确检测。     

南海浅海海底沉积物的声衰减

报道了南海浅海海底沉积物的声衰减性质。给出了测量和计算海底沉积物声衰减的方法。分析讨论了不同频率下的声衰减以及与若干个海底沉积物物理参数的关系,结果表明,同一类型沉积物在高频段时的声衰减要比低频段的声衰减大;同一频段下粗颗粒沉积物的声衰减要比细颗粒的声衰减大;北部湾海底浅层沉积物声衰减在低频100kHz下为80~150dB/m,在高频1MHz下为150~360dB/m;海南岛南部外海海底浅层沉积物声衰减在低频下为66~160dB/m,在高频1MHz下为190~350dB/m;高频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据比较接近,而低频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据有较大的差别。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40-90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上，用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明：反射损失值明显地与底的类型有关，细砂底的反射损失较小，粉砂质泥次之，而粉砂质粘土的反射损失较大；对于同类型的海底，孔隙度大者反射损失也较大。此外，还讨论了沉积物中声速的两种经验公式的适用性。     

浅海声反射损失的实验研究

本文介绍在水深40—90米的浅海海域中三种类型沉积层海底上,用爆炸声源进行的海底反射损失的实验研究结果。实验结果与按均匀半空间底模型计算所得海底反射损失的理论曲线作了比较。结果表明:反射损失值明显地与底的类型有关,细砂底的反射损失较小,粉砂质泥次之,而粉砂质粘土的反射损失较大;对于同类型的海底,孔隙度大者反射损失也较大。此外,还讨论了沉积物中场速的两种经验公式的适用性。     

浅海声传播和混响的选频衰减

在强负跃层浅海的爆炸声实验中,发现当声源和接收器都位于跃层之上时,平均混响强度和某一航向的声传播损失在频率1000-2000Hz之间出现强烈的异常衰减现象,而且很有意思的是发射和接收均无指向性的平均混响强度的异常衰减与该航向声传播损失的异常衰减具有中心频率相同、带宽一致、附加衰减值相近的窄带共振或选频衰减特权.显然,这一异常衰减现象无法用各向异性的机理(内波、海面或海底的有规律起伏等)来解释.根据本文实验所得的传播损失和混响强度的深度结构以及一些间接的证据,我们认为这一选频附加衰减是由分散活动干跃居上部的有鳔鱼(极可能是鱼)所引起的.     

用射线参数法遥测浅海沉积层声的特性

本文根据射线参数法测量了浅海(水深约40米)沉积层中的声速与层厚。实验中采用爆炸声源。两个水听器．其中一个固定于声源附近。用以计算爆炸开始时间．另一个用于在不同水平距离接收海底及沉积层下界面的反射信号。用磁带记录仪和示波器配以照相记录仪两种方式记录．所得沉积层中声速值与根据底质取样所得声速值基本一致。     

典型浅海环境参数对声传播损失影响及试验验证

针对典型浅海环境参数对声传播损失影响问题,提出了一种基于海底边界反射系数修正的改进耦合简正波–抛物方程模型,设计并开展了典型南海海域声传播损失测试试验,模型相对误差小于 4%、均方根误差小于 3 dB,验证了模型的准确性。接着,分别对声速剖面、海面海况、海底底质、海底地形 4 种海洋环境参数,设计了 5 种工况,进行仿真计算分析。得出声速剖面主要影响声会聚区的分布,负梯度下声会聚区能量多集中于海底和声源深度附近,而正梯度下声会聚区能量多集中于海面附近;浅海环境下声传播损失分布受海面海况、海底底质因素影响较大;海底地形是影响水下声传播损失的主要因素,海底斜坡既可以汇集声波能量,也可以使其发散。     

水下光学无线通信的海水信道特性研究

提出了将具有比声学高达几倍的数据通信速率,良好的安全性和隐蔽性的光学无线通信技术应用于海军、海洋科学研究和水下工程等领域,实现高速率的水下无线通信技术实现海量数据的信息交换.基于生物光学特性的水下光学信道模型,建立了水下光学通信系统性能分析方法.并对基于发光二极管(LED)的水下光学无线通信系统进行了仿真,其结果表明所建立的方法可以进行各种海域水质环境的模拟,便于时水下光学无线通信系统性能进行预测评估,为水下光学无线通信系统的设计方案的评估提供了依据.     

浅海水下地形的SAR遥感仿真研究

结合连续性方程和布拉格后向散射模型,在准一维简化浅海水下地形情况下,建立了浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度仿真模型,将浅海水下地形区域的SAR海面后向散射强度的相对变化与大尺度背景流场、海面风场和雷达系统参数等联系起来.海上实验和研究结果表明,浅海水下地形的SAR成像主要由通过受水下地形影响的海表层流场对海表面风引起的微尺度波的水动力调制而获取浅海水下地形信息,其中潮流与水下地形的相互作用过程改变海表层流场,变化的海表层流与海表面微尺度波之间的相互作用改变海表面波的空间分布,雷达波与海表面波之间的相互作用决定雷达海面后向散射强度.因此SAR图像中浅海水下地形或水深信息量的多少不仅与海表层流场和海面风速有关,而且与雷达工作波段、雷达波束入射角和极化方式也密切相关.认为由水下地形变化引起的缓慢变化的表层流场中海表面定常微尺度波谱能量密度的变化满足波作用量谱平衡方程;而在波数空间中,海表面微尺度波谱的成长过程也可以用波数谱平衡方程描述,在此基础上,得出了海表面波高频谱(毛细-重力波)形式的解析表达式.众所周知,浅海水下地形信息是由于水下地形影响下SAR海面后向散射强度与背景海面后向散射强度的相对差异而在SAR图像上的呈现,从而在建立浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度仿真模型的基础上,仿真计算了浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度相对于海表层流场、海面风场等海况参数和SAR工作波段、SAR波束入射角、极化方式等雷达系统参数的数值仿真结果,分析得到了有关浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度的特征和SAR浅海水下地形遥感的最佳海况参数与最佳雷达系统参数,为研究和开展SAR浅海水下地形遥感研究提供了有价值的参考.     

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。     

深海RAP下的水声信道特性与通信技术研究

可靠声路径（Reliable Acoustic Path,RAP）是深海声传播的重要通道之一,其受界面影响较小,传播损失较低,可以传播到较远的距离,而且在临界深度以下,环境噪声较低;其次,可靠声路径有效避开了多途扩展现象,声线以结构稳定的直达声为主。在总结可靠声路径物理机理和声传播优势的基础上,对比分析了几种不同海洋参数条件下RAP声传播特性,然后采用射线模型仿真分析了RAP声信道内的接收声线结构,之后基于仿真的RAP信道进行了单载波通信性能的分析。仿真结果发现：在RAP声信道内,直达声能量高,传播损失低,声线结构稳定且多途扩展小,对环境变化不敏感,在35km左右的中远程距离内具有很高的信噪比;相同仿真条件下,RAP区域的误码率较同距离浅深度的接收低很多,而且RAP区域接收信号信噪比高出其他区域10 dB左右。该研究结果对于实现垂直方向上深海信息的跨域传输具有重要意义。     

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。     

宽码率Polar码浅海水声通信实验研究

浅海水声信道的随机时–空–频特性给数据的可靠传输带来了重大挑战,低复杂度和理论上证明能到达香农限的极化码（Polarcode）可以增强水声通信系统的鲁棒性。水下传输的图像、语音、文本、海洋监测数据和遥控指令具有不等重要性的特点,宽码率Polar码能够适应不同水声信道和不等重要性的信息传输。目前Polar码在水声通信中的实验研究多为仿真分析,设计了宽码率Polar码在厦门港海域海试验证,在不同信噪比的实录环境噪声下进行分析。海试结果表明：在良好的信道条件下,宽码率Polar码的性能优异,0.25码率的BPSK和QPSK在实录环境噪声信噪比为–1和4时实现零误码,其低复杂度信道编译码机制和宽码率与水声信道相匹配,可有效提高水声数据传输的可靠性和有效性,为基于Polar码的稳健可靠水声通信系统提供海试实验验证。     

分层纵向水下无线光信道建模研究

水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）是水下物联网感知层的新兴技术之一。在感知层中,UWOC技术常被用于支持数据的纵向上行传输。针对几何光学理论无法准确描述UWOC链路衰减的问题,研究了基于MIE散射理论的纵向UWOC信道模型;提出了分层的纵向海水介质模型,在此基础上设计了一种利用蒙特卡洛仿真方法对UWOC纵向链路进行评估的方案。该方案考虑了收发装置空间位置的非对齐以及出现位置失配的情况,通过该方案可求得UWOC链路冲激响应的数值结果,研究成果对于UWOC设计具有重要意义。     

浅海型水下滑翔机技术研究现状分析

美国Teledyne Webb Research公司按照型号系列化、结构模块化和测量多样化的设计思路研制水下滑翔机,其Slocum 200浅海型和Slocum 1000深海型水下滑翔机在海洋环境观测领域具有广泛的客户需求。文中以200 m浅海型和1 000 m深海型两款水下滑翔机为例,详细对比了两者的技术特点,并在此基础上阐述了两者各自适用的海洋环境观测应用范围,两者优势互补,难以取代对方。浅海型水下滑翔机具有锯齿剖面密度大、折返机动性高和平均前向速度快的特点,适合在近海岸、陆架坡折和深海温跃层等区域对高时空变率海洋现象进行观测。近几年,我国深海型水下滑翔机技术取得了惊人进步,同时,我国浅海型水下滑翔机技术也在快速发展,这对推动我国海洋环境监测业务水平的提升意义重大。     

江豚声学行为的观察与水下声信号的初步研究

江豚(Neophocaena phocaenoides G. Cuvier)俗称江猪,属鲸目(Cetacea),齿鯨亚目(Odontoceti),鼠海豚科,是海豚类中最小型的一种,也是我国沿海最常见的一种近岸小型无鰭鼠海豚。一般体长不超过2米,体重约30-80公斤,如图1照片所示。 江豚与其他海洋哺乳动物一祥,能发出多变的声信号,而且每一种声信号都受其生态行为的支配。发声系统是它们赖以生存的重要官能。海豚用其发射的声信号测定水下目标的距离、方位和大小,以至判断其形状,因而能有效的绕过障碍,避开或驱逐来犯之敌。依靠其声信号能更有效的捕获足够的食物,营养自身,抚育后代。声信号是海洋哺乳类动物在自然界进行生存斗争的有利武器。声信号又是海洋哺乳动物的语言,借以进行“社会”联络和通讯,甚至教育它们的后代。为此。人们把它们的这种功能称作“第六官能”(sixth sense)。 观察海兽类的声学行为,测试分析其声信号的结构和物理特性,是揭示它们的回声定位系统的机制,破译其“语言”奥密所必不可少的一步。从而将为驯养它们成为人类的水下得力“助手”提供可靠的实验方案,也将为仿生学等新的学科研究提供有效的理论依据。 本实验是为了把江豚驯养成“水下警犬”使其在海湾、河口进行人工放养鱼群的放牧,以及协助人类进行水下作业等目的而进行的基础工作,也是研究海洋哺乳动物回声定位的发射与接收机制的探索。实验工作是在一定的半自然条件下,对江豚某些生态行为下的声信号作了较详细的记录与分析。     

带内全双工水声通信自干扰成分及信道特性分析

在传统以半双工体制为主的水声通信系统中,常将通信信号传播信道假设为稀疏信道以便于后续处理。但通过目前的实测结果来看,在以单独设备的形式进行带内全双工水声通信实现时,由于发射换能器到近端接收端这一短程传播过程受到通信机电子舱的影响,造成了自干扰成分与信道的复杂性。为了进一步了解壳体材料对自干扰强度、传播路径复杂度的影响,以及不同接收端布置下接收到的自干扰信号成分差异,拟基于有限元法对2种壳体材料及不同近端接收端位置处的环路自干扰信号进行仿真,并通过辅助仿真验证各接收位置处接收到的自干扰信号最主要成分,对自干扰信道特征进行分析,为后续自干扰抑制及各域干扰抵消提供初步的理论支持与依据。