水下声信道的仿真与应用研究

发布时间：2017-03-20 19:07

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【摘要】：随着计算机技术日新月异的发展,目前应用计算机进行仿真研究已经渗透到各个技术领域,也成为水声工程研究的重要手段之一。 本文围绕海洋环境仿真问题展开论述,指出水声传播模型是其核心内容,并从波动方程出发,探讨了在海洋声传播仿真中经常采用的五类理论方法,随后建立了多途信道模型和Pekeries声场模型,最后将仿真模型用于浅海中垂直阵的声学性能的初步研究。 本文利用射线方法构造多途信道的数学模型时,将整个水下声信道看作一个网络,各种水声参数和海洋环境条件作为网络参数,网络的系统函数由本征声线决定。介绍了本征声线的分类方法及其搜索算法,从而能够快速而准确地搜索出全部重要的本征声线。为表征海洋海面、海底上下两个边界的声学特性对水下声传播的影响,采用海面瑞利散射模型和浅海海底三参数模型,对多途信道仿真模型中海面、海底的声学参数进行修正和估计,提高了模型的工程实际应用范围及其精度。 在Pekeries声场模型中,侧面波对近程声场有重要贡献,已发表的公开文献仅对侧面波声场作近似估计,这对侧面波声场的预报误差较大。本文沿用“三段”数值积分算法精确计算侧面波,可以比较精确地预报近程声场。在Pekeries声场中,本文还对比了波动理论、简正波和射线三种方法的预报结果,给出了后二种方法的近似程度。只考虑简正波声场不适合近程声场预报,而仅适合10倍海深以远距离声场预报。射线模型适合高频声场预报,当kh100时,其声场预报有足够高的精度。采用Pekeries声场模型,理论分析与海(湖)试结果也合理地一致。 垂直阵可用于低辐射噪声测量、浅海声学研究和目标探测等。在用垂直阵测量目标噪声,进行声场校正的过程中,角度谱的解算是关键,本文利用上面建立的两个传播模型在此方面作了初步的探索。
【关键词】：声场传播建模 多途信道 Pekeries波导 侧面波 角度谱
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U666.7
【目录】：

• 第1章 绪论9-23
• 1．1 概述9
• 1．2 基本声学模型9-18
• 1．2．1 波动方程10-11
• 1．2．2 模型的分类11
• 1．2．3 射线理论模型11-13
• 1．2．4 简正波模型13-16
• 1．2．4．1 基本理论13-14
• 1．2．4．2 简正波解14-16
• 1．2．5 多路径展开模型16
• 1．2．6 快速声场模型16-17
• 1．2．7 抛物型方程模型17-18
• 1．3 数值传播模型综述18-20
• 1．4 水声系统仿真研究的方法20-23
• 第2章 多途信道模型23-47
• 2．1 射线声学的基本理论23-27
• 2．1．1 声波的射线近似条件23-24
• 2．1．2 声程方程24-26
• 2．1．3 强度方程26
• 2．1．4 传递函数26-27
• 2．2 多途信道模型的建立27-33
• 2．2．1 物理模型27-28
• 2．2．2 信道模型结构和特点28-29
• 2．2．3 几个重要声场参数的计算29-32
• 2．2．4 会聚区和声影区的改进32-33
• 2．3 本征声线33-40
• 2．3．1 分类方法34-36
• 2．3．2 搜索算法36-39
• 2．3．3 运算量的估计39-40
• 2．4 海洋界面参数的反演问题40-46
• 2．4．1 两种不同均匀介质界面的反射系数40-41
• 2．4．2 海面声学参数41-42
• 2．4．3 海底声学参数42-46
• 2．5 本章小结46-47
• 第3章 均匀波导中声场47-69
• 3．1 引言47
• 3．2 Pekeris波导中的声场47-63
• 3．2．1 波导中声压场分析48-51
• 3．2．2 积分解的分析51-54
• 3．2．3 “二分法”解频散方程54-56
• 3．2．4 “三段积分”计算侧面波56-58
• 3．2．5 声场数值分析58-63
• 3．3 声场预报和试验结果63-67
• 3．4 更广泛的讨论67-68
• 3．5 本章小结68-69
• 第4章 浅海中垂直阵的声学性能69-83
• 4．1 引言69
• 4．2 安静型目标低噪声测量概述69-72
• 4．2．1 对测量系统和场地的基本要求69
• 4．2．2 目标辐射噪声测量基本要求69-70
• 4．2．3 声场对测量的影响70-72
• 4．2．3．1 源的模型71
• 4．2．3．2 声场校正71-72
• 4．3 垂直相加阵测量72-74
• 4．4 垂直阵波矢量谱分析74-78
• 4．5 垂直阵多波束分析78-79
• 4．6 简正波过滤79-81
• 4．7 本章小结81-83
• 结论83-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果88-89
• 致谢89-90
• 个人简历90

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 高守勇;潜艇辐射噪声测量研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

2 欧晓丽;水声信道建模及其仿真平台的实现[D];厦门大学;2007年

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本文编号：258295