浅海风成海洋环境噪声场空间结构及海底参数反演研究

发布时间：2020-10-12 00:32

　　 浅海海洋环境下，环境噪声源发出的声波在传播过程中在海面与海底之间经历多次反射。海洋环境噪声场即是由大量噪声源及其各自的声场与环境边界的相互作用共同决定的一种随机过程。由于这种多途相互作用，时间平均的环境噪声场体现出由环境条件决定的空间结构。浅海海洋环境下，噪声场的空间结构很大程度上由海底特性决定。作为水声信道的一种背景干扰场，海洋环境噪声场的空间结构特性是影响水声系统的主要因素之一。同时，海洋环境噪声又是有用的信号，可以用其空间结构来对海洋环境参数进行反演。在噪声场诸多特性当中，垂直指向性与垂直相干特性相对稳定，可以充分反映噪声场的空间结构。本论文基于水平分层浅海风成海洋环境噪声场模型，对噪声场垂直指向性、垂直相干特性以及利用垂直相干反演海底参数问题作以研究。其中，在计算噪声场互谱密度时，采用简正波求和形式，这样不仅可以用模式图像的物理意义直接解释噪声问题，而且可以利用绝热模式理论把噪声表达式扩展成与距离有关的环境。但是若仅考虑离散简正波场的求和，将会丢失掉环境噪声问题中对场有重要贡献的连续谱。为将这一部分考虑在内，在海底某深度引入一虚假深海底，用复模式之和去近似计算分支割线的积分。论文首先讨论了不同海面噪声源面积与指向性图案、不同海水声速剖面、不同海底类型、不同接收器布设以及不同频率的情况下，噪声场的垂直指向特性。然后，分析了各环境参数与噪声场垂直相干的关系，包括海底各参数、海面噪声源深度、海水声速剖面、两接收点深度和间距等因素对垂直相干的影响。在此基础上，通过数值模拟，利用噪声场的垂直相干的“观察值”与“计算值”相匹配的方法来对海底地声参数进行反演，并作反演结果的后验概率分析。其中，将遗传算法作为反演过程的搜索算法。通过这几部分的工作，可以得出以下结论： 1．噪声场的垂直指向性能够充分反映噪声场中波导的基本传播特性。各环境参数如海面源面积和源指向性、海水声速剖面、海底类型等对声传播的影响，以及对噪声场有贡献的连续谱域与离散谱域，都可以在噪声场的指向性中得到直观的体现。但是，若想利用垂直线列阵获得较好的指向性效果， 浅海风成海洋环境噪声场空间结构及海底参数反演研究 则需增加垂直线列阵的阵长及水听器间距。 2.噪声场各环境参数中，海面噪声源深度以及海底各地声参数(尤其是纵波 声速、横波声速与沉积层厚度)与噪声场两接收点垂直相干特性的依存关 系明显不同，因此，可以考虑利用噪声场的垂直相干的“观察值”与“计 算值”相匹配的方法来对海底地声参数进行反演。 3.用噪声场垂直相干反演海底参数，并将遗传算法作为反演过程的搜索算法。 计算结果表明，理想环境条件下，反演结果可以精确收敛于参数的“真实 值”;有干扰的情况下，各参数反演结果的不确定性与噪声场垂直相干对参 数的灵敏程度基本对应。这证明了反演方法及搜索算法的有效性。 4.实际海洋环境复杂多变，噪声源、海底，甚至海水声速剖面都可能与距离 有关。因此，为更为深入认识噪声场特性及利用环境噪声场反演环境参数， 需要进一步建立更为符合实际海洋环境的与距离有关的海洋环境噪声场模 型。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2004
【中图分类】：P733.22
【文章目录】：
第一章 绪论
    1.1 概述
    1.2 海洋环境噪声的基本特性
        1.2.1 海洋环境噪声场的时空特性
        1.2.2 海洋环境噪声的谱特性
    1.3 风成海面噪声源噪声场模型
        1.3.1 Cron与Sherman(C／S)模型
        1.3.2 Chapman模型
        1.3.3 Buckingham模型
        1.3.4 Plaisant模型
        1.3.5 Kuperman与Ingenito(K／I)模型
        1.3.6 Carey模型
        1.3.7 Perkins与Kuperman(P／K)模型
        1.3.8 CANARY模型
        1.3.9 WKBZ模型
    1.4 利用海洋环境噪声场空间结构特性反演海底参数
        1.4.1 用噪声场的垂直指向性反演海底反射系数
        1.4.2 将垂直相干用于海底临界角的反演
    1.5 本文的目的及主要内容
第二章 浅海风成海洋环境噪声场垂直指向特性
    2.1 概述
    2.2 无限大海面噪声源噪声场
        2.2.1 互谱密度的波数积分表达式
        2.2.2 互谱密度的简正波表达式
    2.3 有限面积的海面噪声源噪声场
        2.3.1 接收器位于面积源内
        2.3.2 接收器远离噪声源区域
    2.4 巴特勒特(Bartlett)波束形成
    2.5 噪声场垂直指向特性
    2.6 小结
第三章 浅海风成海洋环境噪声场垂直相干特性
    3.1 概述
    3.2 噪声场两接收点的垂直相干
    3.3 垂直相干特性分析
        3.3.1 海底各参数对垂直相干的影响
        3.3.2 噪声源深度对垂直相干的影响
        3.3.3 声速剖面对垂直相干的影响
        3.3.4 接收器深度与间距对垂直相干的影响
    3.4 小结
第四章 用垂直相干反演海底参数以及反演结果的后验概率分析
    4.1 概述
    4.2 遗传算法
        4.2.1 遗传算法的基本原理及特点
        4.2.2 遗传算法的基本流程及描述
    4.3 目标函数(代价函数)
    4.4 后验概率分布的估计
        4.4.1 概率统计量
        4.4.2 后验边缘概率估计的实现方法
    4.5 反演实例
        4.5.1 理想条件下的反演结果
        4.5.2 低频干扰下反演结果的后验概率分析
    4.6 小结
结束语
参考文献
致谢
文章发表情况

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 邱志刚,黎志成;应用遗传算法进行单机工件加工排序[J];华中理工大学学报;1997年11期

2 原亮明,郭继斌,吴作伟,杨辉;遗传算法在铁路客车横向稳定性多参数优化中的应用[J];北方交通大学学报;1998年04期

3 江厚满,张若棋,张寿齐;用遗传算法确定材料物态方程参数[J];高压物理学报;1998年01期

4 龙甫荟,郑南宁,张晓缋;基于多层感知遗传算法的图象分割新方法[J];控制理论与应用;1998年02期

5 魏立线;标准遗传算法不收敛的新证法[J];武警工程学院学报;1999年02期

6 黄海贇,戚飞虎;一种精确标定摄像机的遗传算法方案(英文)[J];红外与毫米波学报;2000年01期

7 耿新青;遗传算法及其应用[J];鞍山钢铁学院学报;2000年06期

8 李明兰,高齐圣;基于遗传算法的参数设计方法[J];青岛化工学院学报;2000年01期

9 熊兴华,钱曾波,王任享;遗传算法与最小二乘法相结合的遥感图像子像素匹配[J];测绘学报;2001年01期

10 郭观七,喻寿益;遗传算法收敛性分析的统一方法(英文)[J];控制理论与应用;2001年03期

相关博士学位论文 前10条

1 张旭;具有拓扑结构布局优化的理论及算法[D];大连理工大学;2004年

2 廖平;基于遗传算法的形状误差计算研究[D];中南大学;2002年

3 周明;高新技术产业投资环境系统研究[D];西北工业大学;2006年

4 张需溥;小型化微带天线的设计与数值分析[D];上海大学;2004年

5 杨春成;空间数据挖掘中聚类分析算法的研究[D];解放军信息工程大学;2004年

6 方娟;基于移动代理的网格资源监控技术的研究[D];北京工业大学;2005年

7 崔晓芳;箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D];大连交通大学;2005年

8 张材;薄带坯铸轧板形智能识别与控制系统研究[D];中南大学;2004年

9 田方;遗传算法的改进研究及其在压缩机性能分析与优化中的应用[D];东北大学;2006年

10 谷峰;柔性作业车间调度中的优化算法研究[D];中国科学技术大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 朱奉梅;遗传算法在高校排课系统中的研究与应用[D];东北大学;2009年

2 孙晓丽;基于遗传算法的既有线平面及纵断面整正优化设计[D];中南大学;2010年

3 冯秋霞;解最小生成树问题的新的遗传算法[D];西安电子科技大学;2010年

4 郭佳;基于遗传算法的认知无线网络资源分配技术研究[D];西安电子科技大学;2010年

5 宋品;基于改进遗传算法的波束形成技术研究及其应用[D];西安电子科技大学;2010年

6 梁云静;基于遗传算法的主题爬虫搜索策略研究[D];湖北工业大学;2010年

7 高建兵;基于遗传算法的模糊推理控制系统的参数优化研究[D];辽宁工程技术大学;2011年

8 李振业;多向变异遗传算法及其优化神经网络的研究[D];华南理工大学;2011年

9 栾丽霞;遗传算法在潍坊商校排课系统的研究与应用[D];电子科技大学;2011年

10 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年

本文编号：2837355