利用艦船噪聲的海底地聲參數(shù)反演研究.pdf

1、淺海環(huán)境下,海底地聲參數(shù)對(duì)水聲信號(hào)傳播有著重要的影響,也是水下聲納應(yīng)用的重要前提,因而海底地聲參數(shù)獲取研究一直是水聲中的熱點(diǎn)問題。由于主動(dòng)信號(hào)的局限性、如對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的破壞性及特殊情況下的隱身要求使得利用被動(dòng)聲源進(jìn)行地聲參數(shù)反演越來越受到重視。在近海海域,由于艦船(漁船和運(yùn)輸船)大量存在,它們航行時(shí)候產(chǎn)生的噪聲是水聲應(yīng)用的重要聲源,也是我們的工作重點(diǎn)。在此背景下,本論文對(duì)利用艦船噪聲進(jìn)行海底地聲參數(shù)獲取作了研究,其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)

2、部分:
　　(1)論文第一部分回顧了地聲參數(shù)反演研究的歷史,對(duì)地聲參數(shù)反演技術(shù)的發(fā)展歷程及主要反演方法進(jìn)行了總結(jié)概括,并對(duì)它們的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。該部分內(nèi)容也對(duì)海洋噪聲特性研究及利用噪聲進(jìn)行水聲應(yīng)用研究做了簡(jiǎn)單回顧。海洋噪聲的多樣性、復(fù)雜性及不確定性,使得很難直接應(yīng)用于傳統(tǒng)主動(dòng)聲學(xué)方法中,這就需要研發(fā)新設(shè)備或者新的處理方法。矢量水聽器由于可同點(diǎn)同時(shí)測(cè)量水聲中的聲壓和矢量場(chǎng)信息,因此現(xiàn)在被越來越多的研究學(xué)者所應(yīng)用,關(guān)于矢量水聽器及

3、其矢量場(chǎng)方面的研究和應(yīng)用在該部分有簡(jiǎn)要概述。
　　(2)論文的第二部分主要介紹了線性聲學(xué)理論及一些受聲源影響較小比較適用于被動(dòng)聲學(xué)的物理觀察變量。理論推導(dǎo)和數(shù)值仿真研究發(fā)現(xiàn)艦船寬帶噪聲的矢量場(chǎng)也存在有規(guī)則的干涉結(jié)構(gòu),而且矢量場(chǎng)的干涉結(jié)構(gòu)和聲壓場(chǎng)干涉結(jié)構(gòu)有所不同、并且該差異由環(huán)境條件決定的、因而可以反過來應(yīng)用到環(huán)境參數(shù)反演中。通過聯(lián)合聲壓場(chǎng)和矢量場(chǎng)處理,我們可以提取更能體現(xiàn)聲場(chǎng)干涉特性的聲能流分量,這對(duì)那些基于聲場(chǎng)干涉特性的應(yīng)用無疑

4、是有幫助的。同樣地、也是通過聯(lián)合聲壓場(chǎng)和矢量場(chǎng)處理得到了和聲源譜級(jí)無關(guān)但是對(duì)地聲參數(shù)極高敏感的波導(dǎo)特征阻抗比,非常適合作為被動(dòng)聲學(xué)中的觀察變量。該部分也給出了不同寬帶聲矢量場(chǎng)時(shí)域信號(hào)預(yù)測(cè)的數(shù)值研究及其相互比較進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)論文的第三部分介紹了利用聲場(chǎng)干涉法通過分析艦船噪聲干涉結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉積層地聲參數(shù)反演。通常來說,艦船噪聲的低頻干涉條紋大致結(jié)構(gòu)受聲源譜特性影響不大,但干涉條紋的位置會(huì)隨環(huán)境緩慢變化。理論分析發(fā)現(xiàn)低頻干涉條紋

5、位置隨環(huán)境參數(shù)變化的規(guī)律是近乎線性的,并通過數(shù)值仿真給出了典型淺海模型下沉積層參數(shù)(聲速和厚度)和低頻干涉條紋變化規(guī)律?；谠撟兓?guī)律,我們提出了一個(gè)基于推導(dǎo)出的變化規(guī)律的聲場(chǎng)干涉法進(jìn)行沉積層參數(shù)估計(jì),并處理了地中海上實(shí)驗(yàn)采集的艦船噪聲數(shù)據(jù),處理結(jié)果和之前同一海域利用主動(dòng)聲源測(cè)量的結(jié)果符合的很好。理論和實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)也證實(shí)該方法對(duì)聲源深度和距離的都具有一定的穩(wěn)健性,非常適合于未知被動(dòng)表面聲源進(jìn)行地聲參數(shù)反演。
　　(4)論文的第四部