面向分布式传感网络的地声参数反演关键技术研究
发布时间：2021-04-15 11:23
在浅海波导环境中,海底特性对声波的传播衰减的预测和声纳性能的评估具有重要影响。使用直接测量难以获取大面积的海底参数。海洋底部的物理性质与声场的关系是波动方程与合适边界条件的解,因此一般利用声场测量数据通过反演方法估计大面积的地声参数。针对地声反演,论文提出了基于压缩传感的到达时间分析反演。在此基础上,论文首次提出了使用分布式传感网络（Distributed Sensor Network,DSN）反演地声参数,丰富了DSN的应用场景,为感知大面积的海洋环境提供了新的思路。在未来的水下声学观测中,可以大规模地布放用于发射和接收声信号的声学传感器,组成分布式传感网络,可以用于多种声学观测任务。使用船舶拖曳的换能器或者水下自主航行器搭载的换能器作为合作性声源,作为移动节点加入到DSN中,可以获取精确的地声参数估计或者低成本、快速地获取DSN覆盖区域的地声参数估计。针对精确的地声参数估计,论文提出了合成水平阵（Synthetic Horizontal Linear Array,SHLA）小尺度地声参数反演。以每个声学节点为中心将DSN覆盖海域分割成若干个子区域,将每一个子区域建模为距离无关的环境...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３?ＤＳＮ的实验结构的俯视图，图中蓝色圆圈为接收节点的布放位置，红色曲线为声源运动??轨迹，绿色“Ｘ”为声源在第二个接收节点的子区域发射若干次信号的位置
＃?？?＼?？?＃??图１－３?ＤＳＮ的实验结构的俯视图，图中蓝色圆圈为接收节点的布放位置，红色曲线为声源运动??轨迹，绿色“Ｘ”为声源在第二个接收节点的子区域发射若干次信号的位置。箭头指向的小图为??ＳＨＬＡ的侧视图，将声源不同时刻在绿色“ｘ”处发射的信号等效为水平阵。??１０??
图２－１两层浅海环境模型??２．１．１．１简正波模型??筒正波模型由Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程推导而来。对于如图２－１的距离无关的两层浅海波导环境??模型，在水体底部是一层沉积层，沉积层底部是半无限空间，称为基底。声源和接收节点??布放于水体中。假设声速与密度只依赖于深度Ｉ??其中，＆为声源的深度，２为接收水听器的深度，ｒ为声源－接收节点的水平距离，ｗ为信??号的角频率，ｃ（２）和分别是深度为２处的声速和密度，ｐ（ｒ，２）为位于（ｒ，２）处接收到??的声压。??使用分离变量法，令ｐ（ｒ，４?＝伞（ｒ）屯Ｑ），代入到公式（２－１）中，??屮、?ｏｏ２?Ｔ１?＾??———（ｒ?—一?］?＋?—?ｐ（＾ｚ）——?（?—－￣－?——?）?＋?—ｒ－—屯＝０？?（２－２）??￥?Ｌｒ?３ｒ?Ｖ?ｄｒ?＇＼?屮?Ｌ＇、々２?Ｖｐ⑷办?Ｖ?ｃ２（２）」??公式（２－２）中两个方括号中的式子分别是ｒ和２的函数，因此等式成立的条件是两部分均??为常数。令右部分的式子等于ＡＶ２ｍ，于是获得模方程，??Ｐ（２）基?＋?［＾－蜂ｍ（２）?＝?〇，?（２＇３）??公式（２－３）被称为模方程
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[2]水声通信与水声网络的发展与应用[J]. 许肖梅. 声学技术. 2009(06)
博士论文
[1]网络式海洋声学层析动力学状态—空间建模与处理[D]. 张赢.浙江大学 2016
[2]状态—空间模型移动平台声—海反演：理论、方法与系统[D]. 张明.浙江大学 2015
本文编号：3139241
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３?ＤＳＮ的实验结构的俯视图，图中蓝色圆圈为接收节点的布放位置，红色曲线为声源运动??轨迹，绿色“Ｘ”为声源在第二个接收节点的子区域发射若干次信号的位置
＃?？?＼?？?＃??图１－３?ＤＳＮ的实验结构的俯视图，图中蓝色圆圈为接收节点的布放位置，红色曲线为声源运动??轨迹，绿色“Ｘ”为声源在第二个接收节点的子区域发射若干次信号的位置。箭头指向的小图为??ＳＨＬＡ的侧视图，将声源不同时刻在绿色“ｘ”处发射的信号等效为水平阵。??１０??
图２－１两层浅海环境模型??２．１．１．１简正波模型??筒正波模型由Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程推导而来。对于如图２－１的距离无关的两层浅海波导环境??模型，在水体底部是一层沉积层，沉积层底部是半无限空间，称为基底。声源和接收节点??布放于水体中。假设声速与密度只依赖于深度Ｉ??其中，＆为声源的深度，２为接收水听器的深度，ｒ为声源－接收节点的水平距离，ｗ为信??号的角频率，ｃ（２）和分别是深度为２处的声速和密度，ｐ（ｒ，２）为位于（ｒ，２）处接收到??的声压。??使用分离变量法，令ｐ（ｒ，４?＝伞（ｒ）屯Ｑ），代入到公式（２－１）中，??屮、?ｏｏ２?Ｔ１?＾??———（ｒ?—一?］?＋?—?ｐ（＾ｚ）——?（?—－￣－?——?）?＋?—ｒ－—屯＝０？?（２－２）??￥?Ｌｒ?３ｒ?Ｖ?ｄｒ?＇＼?屮?Ｌ＇、々２?Ｖｐ⑷办?Ｖ?ｃ２（２）」??公式（２－２）中两个方括号中的式子分别是ｒ和２的函数，因此等式成立的条件是两部分均??为常数。令右部分的式子等于ＡＶ２ｍ，于是获得模方程，??Ｐ（２）基?＋?［＾－蜂ｍ（２）?＝?〇，?（２＇３）??公式（２－３）被称为模方程
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[2]水声通信与水声网络的发展与应用[J]. 许肖梅. 声学技术. 2009(06)
博士论文
[1]网络式海洋声学层析动力学状态—空间建模与处理[D]. 张赢.浙江大学 2016
[2]状态—空间模型移动平台声—海反演：理论、方法与系统[D]. 张明.浙江大学 2015
本文编号：3139241
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