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。     

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。     

浅海内波及声场起伏数值研究

为探讨声学方法监测(反演)海洋内波的可行性,分析ASIAEX2001亚洲海海洋声学实验定点温度链实验数据,结果表明：实验期间存在M2内潮波、周期10～30min非线性内波现象,并观测到双温跃层同相传播“双非线性内波”。分别对垂直和平行于内波传播方向传播声场进行了数值计算分析。垂直于内波传播方向的声传播计算结果表明：简正波波数时间演化函数的频谱与内波引起的声速剖面变化频谱基本一致;简正波系数(模值)时间演化函数的频谱与内波引起的声源位置处的声速演化函数的频谱基本一致;高阶简正波波数差随时间的变化要比低阶简正波波数差小约1个量级。平行于内波传播方向的声传播计算结果表明：内潮波主要导致相邻简正波间耦合;非线性内波包能够导致跨号甚至垮多号简正波间耦合。讨论了2种海洋内波声学监测方法。     

海底散射模型对浅海混响的影响研究

对于混响预报,散射强度是一个相当重要的物理量。在波束位移射线简正波理论的基础上推导了浅海混响模型,仿真比较了负跃层浅海情况四种海底散射模型对应的混响衰减曲线,结果表明海底散射模型对浅海混响的影响较为显著。     

浅海波导中刚性球声散射特性研究

目标特性研究对军事及海洋开发具有重要意义。作者用Ingenito的简正波方法对浅海波导中刚性球的散射进行了理论研究。在理论推导中直接利用波导中简正波解,同时去掉文F．Izngenito等研究中的远场假设,使理论结果更具一般性。文中对浅海波导中刚性球的散射进行了数值计算,并进行了分析。结果表明,浅海波导中目标散射场特性与自由场中明显不同,海底、海面的存在使散射场在深度方向产生干涉,从而影响散射场的空间分布,海底声速及衰减系数对散射场空间分布有重要影响。     

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。     

舷侧阵CBF和OBF的阵增益比较

以舷侧阵作为研究对象,首先介绍了常规波束形成器(CBF)和最佳波束形成器(OBF)的波束输出信号模型,然后推导了信号+噪声场合下的阵增益表达式,比较了在不同信号频率和不同信号源方向角下,CBF和OBF的阵增益,最后在增加了有指向性的CW干扰后,分析了此场合下的阵增益,并比较了不同的信号频率下,干扰源方向角的变化对两类波束形成器阵增益的影响。     

关于分层流体中非波导情况下的波荷载

针对分层流体中非波导情况的荷载问题,就密度剖面为两间断分层和三层模式的情况,分别利用势流理论解析解和分段构造的垂向结构方程解,得出了对应波场的速度和作用于垂直桩柱上的荷载分布.结果表明,非波导情况下的波场具有与波导情况及表面水波情况所不同的特性.由于波频较高,其所形成的荷载比波导情况为大,而且在流场内部存在大的波力和切向速度间断.     

简正波时域分离的模拟实验研究

在水深1.0米,具有平坦海底的区域作了时域分离简正波的模拟实验,得到了1、2、3号简正波。由分离出的简正波相对幅度计算了海底反射损失因子Q。所得实验数据与理论计算结果符合甚好。计算所得Q值与由底质采样所得Q值基本一致。     

中国南海海表面温度与对流关系初探

利用1985年1月～2009年7月月平均海表面温度(SST)和代表局地对流的对外长波辐射(OLR)资料,讨论中国南海海表面温度与局地对流之间的关系.结果显示,在气候平均意义下,南海对流增强所需的SST阈值为27℃,即当SST低于27℃时,南海OLR值高于240 W/m2,并且随SST的升高变化不大;SST超过27℃后,随着SST的升高,OLR迅速减小,对流强度不断增强.与一般热带海洋不同之处在于SST超过29.5℃后对流仍加强.冬季风阶段(10月～次年4月)SST值较低,对流受到抑制,即使在3、4月SST高于27℃时对流强度仍较弱;5月为南海夏季风爆发月,SST较4月仅升高1℃,但对流强度显著增强;夏季风阶段(6～9月)南海的高温暖水使对流在平均意义上维持高值,但对流的变化与局地SST变化之间的关系不明显.     

中国南海海表面温度与对流关系初探

利用1985年1月～2009年7月月平均海表面温度(SST)和代表局地对流的对外长波辐射(OLR)资料,讨论中国南海海表面温度与局地对流之间的关系。结果显示,在气候平均意义下,南海对流增强所需的SST阈值为27℃,即当SST低于27℃时,南海OLR值高于240 W/m2,并且随SST的升高变化不大;SST超过27℃后,随着SST的升高,OLR迅速减小,对流强度不断增强。与一般热带海洋不同之处在于SST超过29.5℃后对流仍加强。冬季风阶段(10月～次年4月)SST值较低,对流受到抑制,即使在3、4月SST高于27℃时对流强度仍较弱;5月为南海夏季风爆发月,SST较4月仅升高1℃,但对流强度显著增强;夏季风阶段(6～9月)南海的高温暖水使对流在平均意义上维持高值,但对流的变化与局地SST变化之间的关系不明显。     

均匀层浅海声场与海底反射损失的关系

海底对浅海声传播的影响很大。海底有复杂的多层结构。在计算声场时如果把多层海底的影响都考虑进去,就会使计算复杂化,得不出一个清晰的物理图象。因此,在计算中往往使用海底反射损失系数来代替多层海底的模型。但海底反射损失与角度有复杂的依赖关系。为了计算方便,提出过不少简化模型。已经使用的模型有反射损失与角度无关、与角度一次方成正比;后来又提出反射损失在某一临界角之下与角度一次方成正比,在临界角之上与角度无关的三参数模型,克服了远场与近场衔接的问题[1,2]。但这些模型不一定在所有情况下都能反映海底反射损失与角度的关系的主要特征。本文提出一个近似方法,可以计算海底反射损失按任意规律随角度单调上升的情况下的声场。     

浅海声速剖面自动分类方法研究

海洋中的声速剖面是影响水声设备效能的重要环境因素之一,声速剖面的自动分类和区划对海洋环境的应用意义重大.依据浅海30分方区按月统计声速剖面,通过归一化处理和Akima差值采样,建立了各方区按月归化后声速剖面的分层梯度样本集,并应用多种系统聚类算法分别对分层梯度样本集进行分析;计算各种算法在不同聚类数水平下聚类结果的总的类内离差和,依据总的类内离差和变化曲线拐点对应的聚类数目,结合分类结果确定浅海声速剖面最优聚类数目.对大量历史统计声速剖面数据的分析结果表明,该方法得到的聚类结果与人工经验分类结果吻合较好.     

海面表层水温与表皮水温的相关研究

海洋水温是海洋研究的重要参数之一.本文介绍了"表皮温度"和"表层温度"的不同概念,分析了表皮和表层温度不同的产生机理,初步建立了两个温度之间的关系式,分析了回归方程产生的误差.     

渤海春季浮游细菌分布与生态环境因子的关系

研究了 1 999年 4～ 5月渤海水体浮游细菌分布与生态环境因子的关系。结果显示 ,渤海春季表层水体浮游细菌含量与水温和溶解性有机碳呈正相关 ,相关系数分别为 0 .6 0 1 (P<0 .0 1 )和0 .4 0 6 (P<0 .0 5 ) ,并与溶解氧含量呈负相关 ,相关系数为 0 .5 1 9(P<0 .0 1 ) ;底层水体浮游细菌含量与水温、溶解性有机碳 (dissolved organic carbon,DOC)、颗粒性有机碳 (particulate organic carbon,POC)和叶绿素 a含量呈正相关 ,相关系数分别为 0 .82 0 (P<0 .0 1 ) ,0 .6 6 1 (P<0 .0 1 ) ,0 .5 31 (P<0 .0 1 )和 0 .4 42 (P<0 .0 5 ) ,并与溶解氧含量呈负相关 ,相关系数为 0 .6 5 0 (P<0 .0 1 )。表明水温和DOC、POC含量是渤海水域浮游细菌含量的主要限制因子 ,而水体中的溶解氧 (dissolved oxygen,DO)含量与浮游细菌的含量有关     

中国南海北部海图深度基准面换算关系的研究

中国南海北部不同时期的海图采用的深度基准面不一样,深度基准面的多样性使的不同时期所计算的深度基准面数值不具有统一性,无法充分利用诸多历史海图资料,有必要了解历史海图深度基准面之间的关系。针对中国南海北部,利用多年实测潮位资料进行调和分析并根据调和常数计算验潮站的深度基准面,获得中国南海北部14个验潮站的深度基准面值,探讨了不同深度基准面之间的换算关系,研究表明最低低潮面不适合日潮海区,理论最低潮面与略最低潮面之间平均间距为18cm,理论最低潮面与最低天文潮面除厦门、三亚外两者平均差距达到1.88cm,具有近似一致性。     

后向散射强度与温跃层关系研究

2003年8月12-13日，用300kHz的坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)在台湾海峡北部海区进行了观测。根据回声强度计算得到的后向散射强度具有明显的日变化，这是浮游动物的垂直迁移造成的。此外，后向散射强度还与叶绿素、浊度和温度梯度有关，其中叶绿素、浊度和温度梯度对后向散射强度的贡献分别是1．41，7．73和3．54dB。温度梯度最大值的深度与后向散射强度第一个峰值的深度一致，故根据后向散射强度能推断出温跃层的位置。     

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。