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)對水聲信號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問題。由于主動信號的局限性、如對海洋生態(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聲源進行地聲參數(shù)反演越來越受到重視。在近海海域,由于艦船(漁船和運輸船)大量存在,它們航行時候產(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。在此背景下,本論文對利用艦船噪聲進行海底地聲參數(shù)獲取作了研究,其主要內(nèi)容包括以下幾個

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,對地聲參數(shù)反演技術(shù)的發(fā)展歷程及主要反演方法進行了總結(jié)概括,并對它們的特點進行了簡單分析。該部分內(nèi)容也對海洋噪聲特性研究及利用噪聲進行水聲應(yīng)用研究做了簡單回顧。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)主動聲學方法中,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同時測量水聲中的聲壓和矢量場信息,因此現(xiàn)在被越來越多的研究學者所應(yīng)用,關(guān)于矢量水聽器及

3、其矢量場方面的研究和應(yīng)用在該部分有簡要概述。
　　(2)論文的第二部分主要介紹了線性聲學理論及一些受聲源影響較小比較適用于被動聲學的物理觀察變量。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也存在有規(guī)則的干涉結(jié)構(gòu),而且矢量場的干涉結(jié)構(gòu)和聲壓場干涉結(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)合聲壓場和矢量場處理,我們可以提取更能體現(xiàn)聲場干涉特性的聲能流分量,這對那些基于聲場干涉特性的應(yīng)用無疑

4、是有幫助的。同樣地、也是通過聯(lián)合聲壓場和矢量場處理得到了和聲源譜級無關(guān)但是對地聲參數(shù)極高敏感的波導(dǎo)特征阻抗比,非常適合作為被動聲學中的觀察變量。該部分也給出了不同寬帶聲矢量場時域信號預(yù)測的數(shù)值研究及其相互比較進行了驗證。
　　(3)論文的第三部分介紹了利用聲場干涉法通過分析艦船噪聲干涉結(jié)構(gòu)進行沉積層地聲參數(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。基于該變化規(guī)律,我們提出了一個基于推導(dǎo)出的變化規(guī)律的聲場干涉法進行沉積層參數(shù)估計,并處理了地中海上實驗采集的艦船噪聲數(shù)據(jù),處理結(jié)果和之前同一海域利用主動聲源測量的結(jié)果符合的很好。理論和實驗處理數(shù)據(jù)也證實該方法對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表面聲源進行地聲參數(shù)反演。
　　(4)論文的第四部