一、基于射线理论的海洋声场模型的计算(论文文献综述)
董博文[1](2021)在《复杂海洋环境舰船水下噪声特性研究》文中认为
罗佳慧[2](2021)在《深海声矢量环境噪声场特性研究》文中研究表明
宋鹏飞[3](2021)在《基于单水听器的运动目标被动测距》文中提出
杨威[4](2021)在《极地环境冰下水声传播特性研究》文中认为极地地区有着丰富的资源、极高的科考价值以及显着的战略地位,由于全球变暖的影响造成的冰川加速融化,为极地地区的新航道的开辟提供了条件。极地地区冰下水声传播特性的研究,是开展极地海域科学考察的基础之一。因此,研究极地环境的水声传播及其特性受到越来越多的关注。极地冰下水域的声速梯度呈正梯度变化以及冰水界面的存在,声线的水下传播在这一特殊声场环境下变得复杂,使其声场建模及预报变得困难。本文基于射线理论并结合B-T冰水界面模型对冰下声传播进行了仿真计算,分析了其声场特征及声传播特性。首先,介绍了射线声学理论以及声波射线的近似条件,为后续声场建模奠定了基础。然后配置声速剖面,并结合B-T冰水界面散射模型以及声传播海底模型,搭建了整个声场环境。针对不同工况,对声传播特性进行仿真计算和分析,研究内容主要包括:仿真计算了不同声源频率、海深、海底地形以及有无浮冰情况下的声线传播轨迹和传播损失,研究了不同深度下水平方向传播损失变化规律。最后对极地冰下海域的海底混响信号进行了预报,并计算了其自相关特性,分析了混响的频谱特性、瞬时值统计特性以及包络分布。本文基于matlab的水声工具箱进行了二次开发完成了极地环境冰下水声传播特性的研究,对开展极地水声探测、水下通信等工作有一定参考价值。
张敏[5](2021)在《基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术研究》文中指出作为一种频繁发生的自然现象,海洋内波对海上军事活动和海洋工程建设有着严重的破坏性影响。随着海洋工程和海洋经济的快速发展,海洋内波监测和预报技术已经成为国内外研究热点。传统的内波监测方法主要是锚系阵列监测以及卫星遥感观测。锚系阵列监测方法是基于温盐深链和ADCP等传感器,通过对海洋水体物理变化监测来实现海洋内波监测。卫星遥感观测方法是基于卫星图像分析,通过对内波引起的海面波纹成像特征提取和观测来实现海洋内波监测。上述两种内波监测方法原理清晰,但是都存在一些明显不足。锚系阵列监测方法中锚系链尺寸庞大,结构复杂,布放应用成本较高,其中的ADCP监测还容易受海流拖拽摇晃而产生强多普勒影响,而且这种通过直接观测海洋水体物理变化的内波监测方法一般很难实现无人参与的全自主内波预报。卫星遥感观测方法的问题是仅能对可以影响到海水表层的特定内波进行观测,不能对隐藏于海底的内波进行直接、连续的观测,观测准确性受海况影响较大。基于此,目前尚没有可以广泛应用的海洋内波自主预报技术和设备。针对上述问题,本文研究了一种基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法。本方法主要采用海底布放的矢量水听器潜标,利用矢量水听器拾取海洋声场三维矢量信息,基于声压和振速联合处理技术,首先在复杂的海洋背景噪声场中通过多目标方位扫描搜索声场的主声轴作为跟踪监测的声学目标源,然后对该声学目标源进行时-空-频三维跟踪,通过对该声学目标源所对应的垂直维方向特征进行提取、跟踪及跳变监测来实现海洋内波监测和预报。该方法核心是基于内波会导致海洋声场声速剖面发生剧烈变化这一领域共识,物理基础并不复杂。而声速剖面的剧烈变化必然导致海洋背景噪声场主声轴垂直维方向发生跳变,因此基于这种跳变特征的内波监测技术能够实现对海洋内波进行全自主预报。所采用的矢量水听器潜标结构轻便,布放运用成本较低,理论上不受海况影响。论文主要工作如下:(1)研究了一种基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法,包括强海洋背景噪声条件下的水下非协作目标声源搜索跟踪方法,基于声能流的非协作目标声源三维跟踪及内波导致的海洋信道跳变特征检测识别方法等。(2)对本文提出的基于矢量场处理内波监测方法进行了计算机数值仿真,对算法的性能进行了验证。(3)基于LabVIEW开发平台和超低频矢量水听器集成了内波监测实验样机系统,并对该样机系统进行了初步的性能测试,测试表明系统有着良好的工作性能。
朱宇琦[6](2021)在《深海典型海底地形对声传播特性的影响》文中指出起伏较大的海底地形对海洋中的声传播有着重要的影响。基于Bellhop高斯波束跟踪模型,研究深海环境中几种不同海底地貌下的声传播特性。搭建由不同的典型海底地形构建的模拟声场,仿真模拟分析声场中声源的辐射情况。通过观测不同水体环境下声传播情况及声场任意位置的声传播损失情况,总结对比不同海底地形下的声传播规律,得出声传播特性,为实际深海声场水声工作提供理论参考。
肖瑞[7](2020)在《基于有限元法的复杂海洋声传播特性研究》文中提出
张建国[8](2020)在《基于非相干匹配波束处理和解卷积的水下声源定位研究》文中研究指明随着自然资源消耗的加剧,海洋资源的开发和利用对于人类的可持续发展具有十分重要的现实意义。声源定位在海洋中应用十分广泛,包括渔业开发、军事、导航和海底地质测绘等领域。海洋波导中的声源深度和距离定位是一个经典研究课题,许多学者使用常规波束形成(Conventional Beamforming,CBF)算法和它的衍生方法做了大量的工作。与静止声源的定位相比,运动声源的定位更为复杂,并且与实际问题更相关。众所周知,匹配场处理(Matched Field Processing,MFP)依赖于声场的精确建模,尤其是其相位。当声学环境信息未知或者不完整时,相位对于环境失配非常敏感。实际上,由于涡流、内波、湍流等造成的海洋不均匀性,声场的相位随距离和时间波动。这给使用MFP进行声源定位带来了严重的问题。本文提出了两种相位独立的鲁棒声源定位方法。对于长距离声源定位,传统匹配场处理方法存在相位不准确的问题。本论文提出了非相干MBP(Matched Beam Processing,MBP),对垂直线阵(Vertical Line Array,VLA)数据在波束域中进行声源深度估计。声源基本上可以通过将复波束数据与建模的复波束数据进行匹配定位。本文提出的方法仅使用低角度(<±30°)处的波束强度(而不使用波束的相位),从而消除来自高角度的噪声。此方法假定知道VLA与声源的距离(即主动源定位)。对于被动源定位,假设基于两个水平线阵可以估计x y平面中的声源位置。如果声源距离完全已知,则可以使用一个数据快拍来估计声源深度。对于运动声源来说,非相干MBP在声源运动范围内累加可以得出合理准确的运动声源深度估计。该方法已被SWell Ex-96仿真数据和实验数据证实。本文还分析了不同距离范围内的运动声源深度估计性能。对于短距离(例如1 km)声源定位,对接收信号进行CBF来估计波束强度,将波束强度视为角度的函数,然后将波束强度作为指向性声源使用Bellhop程序时反波束强度。声能最高的地方就是声线相交的地方,由此可知声源的距离和深度。该方法的技术问题是CBF获得的波束较宽,使得指向性声源的能量扩散。本文提出使用解卷积算法来解决这个问题。波束强度的时反传播与匹配波束强度处理(非相干MBP)在理论上是相同的,波束强度的时反传播在概念上更加直观。该方法适用于自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)回坞问题。当前回坞方法搜索坞站垂直方位角时会遇到一个问题:当信噪比低时,AUV通常找不到坞站,这是因为传播损失和深度相关。本方法寻找高信噪比路径以便AUV直接到达坞站,大大提高了对接的成功率。它适用于漂浮式、拖到船后或者固定在海底的坞站。该方法被限制在短距离内,因为声线在1km外会被污染。本方法已被SWell Ex-96仿真数据证实。总之,本文提出非相干MBP进行鲁棒的声源深度估计。此方法的两个应用已被仿真数据或者实验数据证实。
何格[9](2020)在《基于深海声速外插值算法的浮标声呐性能预报》文中研究表明随着海洋技术的不断发展,浮标声呐在海上环境监测、水中目标探测等领域发挥着越来越重要的作用。但是,浮标声呐的性能易受海洋声速剖面、海面与海底边界等因素的影响,使其反潜作战的能力大大降低。同时,传统海洋声速剖面主要通过实验测量或查找历史数据获取,针对特定的深海场景时,此类数据极其稀少。本文针对海洋环境的变化特点,深入研究了不同环境因素对浮标声呐性能的影响。提出了一种深海声速外插值方法,大大降低了恶劣环境下深海声速剖面的获取难度。本文研究的目的是建立不同海域的浮标声呐性能预报模型。研究从声呐性能的预报方法、海洋声速剖面的构建和不同海域的浮标声呐性能预报展开。首先,本文对影响海洋声传播的各项因素展开了研究,评估了各因素对声传播损失的影响。根据声呐方程,分析了海洋环境中的各项参数模型,对主被动浮标声呐的性能预报进行了理论分析。其次,本文提出了一种深海声速外插值方法,该方法利用部分上层声速剖面进行外插值处理,获得了与实测值十分吻合的外插值结果,大大降低了恶劣环境下深海声速剖面的获取难度。将声速外插值与实测值的声场计算结果进行比较,分析了深海声速外插值方法对海洋声场造成的影响。研究了一种基于最优深度的深海声速外插值方法,在已知部分声速剖面的条件下,求得插值效果最优的插值深度,以此进行外插值处理,在特定的海域找到了同时满足不同声速剖面的共同插值阶数以及插值长度。最后,本文总结了不同声速剖面条件下,浮标声呐的最佳工作深度规律,分析了经深海声速外插值方法处理后声速剖面的改变对浮标声呐性能的影响,预报了不同海洋环境条件下浮标声呐的最大作用距离。基于WOA和Argo数据集,对我国南海永兴岛、东沙岛附近海域以及太平洋的菲律宾海域和夏威夷岛附近海域开展了浮标声呐的性能预报,建立了实际海洋环境下的浮标声呐性能预报模型,为浮标的布放提供参考。
李广硕[10](2020)在《非均匀声速流体介质声传播问题的LBM研究》文中研究表明海洋蕴含着丰富的资源,是人类尚未充分开发利用的领域。随着人口的增加,陆地资源的逐步匮乏,目前人们越来越关注于对海洋资源的开发与利用。在海洋环境中,声波传播衰减慢,传播距离较远,是信息传递的最为主要方式[1]。所以研究声波在海洋中的传播规律有着重要的意义。众所周知,海水为不均匀介质,声波在海水中传播,其传播规律也相应的比较复杂,其中海水中的声速是影响其传播规律的重要因素。海水中声速的变化,相对其本身一般是很小的,但由此而引起的声传播特性却可能发生很大的改变,导致海水中的声能分布、声传播距离、传播时间等量发生明显变化[2]。因此,精确的声速值,在理论研究和工程中都十分重要。但目前研究深海中声波的传播特性的方法中,通常模拟恒定声速流体介质或声速分层变化的流体介质,但声速在整个空间内没有连续的变化。所以本文基于格子Boltzmann方法直接针对非均匀声速流体介质中的声传播问题开展数值算法研究。(1)本文提出了一种改进的Buick模型。首先通过分析格子Boltzmann模型,挑选出合适的声速可调模型,即Buick模型,然后对该模型进行了改进,使得声速在空间上变化;(2)验证改进的Buick模型的正确性。首先令该模型中参数α((?))不在空间上变化即声速恒定,使用该模型模拟了声波的非线性效应以及一维平面波的衰减问题,模拟的结果和理论解基本吻合;(3)以深海环境为背景,使用改进的Buick模型模拟深海信道的声传播问题,在模拟过程中,参数α((?))随空间变化,使得声速也在空间上变化。并且与2014年南海实验结果进行对比,验证此模型可以用来模拟非均匀声速流体介质的声传播问题。(4)通过改变声源所处深度不同,声源频率大小研究对深海信道声传播问题的影响,在进一步验证模型的可行性的同时,研究深海信道声传播规律。
二、基于射线理论的海洋声场模型的计算(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于射线理论的海洋声场模型的计算(论文提纲范文)
(4)极地环境冰下水声传播特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 水声传播特性研究 |
1.2.2 极地水声传播研究 |
1.3 本文的研究内容 |
2 射线声学基础理论 |
2.1 基本理论 |
2.2 声波射线的应用条件 |
2.3 海洋中声速的垂直分层性质和声速梯度 |
2.3.1 Snell定律和声线弯曲 |
2.3.2 声线轨迹计算方法 |
2.3.3 声线传播轨迹的水平距离 |
2.3.4 声线传播轨迹和传播时间 |
2.4 本章小结 |
3 声传播轨迹计算 |
3.1 B-T冰水界面模型 |
3.2 声传播海底模型 |
3.4 声线轨迹的计算结果 |
3.4.1 声速剖面的配置 |
3.4.3 计算结果 |
3.5 本章小结 |
4 声传播损失仿真计算 |
4.1 理论基础 |
4.2 声传播损失计算结果 |
4.2.1 浅海海域声传播损失计算结果 |
4.2.2 深海海域声传播损失计算结果 |
4.2.3 极地典型地形下的声传播 |
4.4 本章小结 |
5 混响预报 |
5.1 理论基础 |
5.1.1 混响 |
5.1.2 混响的统计特性 |
5.2 混响预报及其分析 |
5.2.1 混响预报结果 |
5.2.2 混响信号特性分析 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(5)基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 海洋内波研究目的和意义 |
1.2 海洋内波监测技术现状 |
1.3 声学方法监测内波简述 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 海洋内波与声传播特征 |
2.1 海洋内波模型 |
2.1.1 海洋非线性内波模型 |
2.1.2 海洋线性内波模型 |
2.2 内波声传播特征 |
2.2.1 内波声场射线理论 |
2.2.2 内波影响下的声场声强 |
2.3 本章小结 |
第3章 基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术 |
3.1 矢量声场背景噪声抑制 |
3.1.1 各向同性噪声抑制 |
3.1.2 各向异性噪声抑制 |
3.2 多目标搜索声场主声轴 |
3.2.1 复声强器搜索水平非协作声源目标 |
3.2.2 频点方位统计锁定声场主声轴 |
3.3 声矢量场监测垂直维掠射角 |
3.4 本章小结 |
第4章 内波监测技术仿真分析及系统搭建 |
4.1 仿真信号模拟 |
4.2 仿真分析 |
4.2.1 传统声传播损失方法监测内波仿真分析 |
4.2.2 声矢量场方法监测内波仿真分析 |
4.3 内波监测系统 |
4.3.1 系统硬件组成 |
4.3.2 接口及协议 |
4.3.3 系统软件平台 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 作者在读期间发表的学术论文与专利 |
(8)基于非相干匹配波束处理和解卷积的水下声源定位研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究的背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 论文内容与结构 |
1.3.1 具体内容 |
1.3.2 论文创新点 |
1.3.3 章节安排 |
2 海洋中的声传播 |
2.1 海洋环境基础知识 |
2.2 声学模型 |
2.2.1 简正波模型 |
2.2.2 射线模型 |
2.3 本章小结 |
3 水下声源深度定位研究 |
3.1 匹配场处理原理 |
3.2 匹配波束处理原理 |
3.2.1 常规波束形成原理 |
3.2.2 匹配波束处理原理 |
3.3 声源定位仿真 |
3.3.1 SWell Ex-96 实验 |
3.3.2 静止声源定位仿真 |
3.3.3 运动声源仿真 |
3.4 声源深度定位实验数据处理 |
3.4.1 不考虑距离失配的实验数据处理结果 |
3.4.2 考虑距离失配的实验数据处理结果 |
3.4.3 实验数据处理结果分析 |
3.5 本章小结 |
4 AUV坞站定位研究 |
4.1 解卷积算法 |
4.1.1 解卷积算法原理 |
4.1.2 解卷积算法研究 |
4.2 AUV回坞研究 |
4.2.1 AUV回坞定位方法 |
4.2.2 AUV回坞定位方法仿真研究 |
4.3 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 本文工作总结 |
5.2 未来工作展望 |
参考文献 |
作者简历及科研成果 |
(9)基于深海声速外插值算法的浮标声呐性能预报(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 海洋水声环境综述 |
1.2.1 海面边界 |
1.2.2 海底边界 |
1.2.3 声速剖面 |
1.3 浮标声呐系统研究现状 |
1.3.1 浮标声呐系统概述 |
1.3.2 浮标声呐性能预报方法 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 声呐性能预报方法研究 |
2.1 声呐性能预报的系统组成 |
2.1.1 声呐参数 |
2.1.2 被动声呐性能预报系统 |
2.1.3 主动声呐性能预报系统 |
2.1.4 声呐性能评估方法 |
2.2 与环境有关的声呐参数预报模型 |
2.2.1 声传播模型和声传播损失预报 |
2.2.2 海面与海底模型 |
2.2.3 海洋环境噪声级的获取 |
2.3 与设备和目标有关的参数预报模型 |
2.3.1 指向性 |
2.3.2 目标强度 |
2.4 本章小结 |
第3章 基于ARGO数据的海洋声速剖面构建方法 |
3.1 海洋环境数据获取 |
3.2 基于外插值方法的海洋声速剖面构建 |
3.2.1 深海声速外插值方法 |
3.2.2 仿真与讨论 |
3.3 基于最优深度的声速外插值方法 |
3.3.1 深海声速外插值的最优深度 |
3.3.2 基于最优深度的深海声速外插值方法 |
3.4 特定区域的深海声速外插值分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 浮标声呐性能预报 |
4.1 浮标声呐作用距离随深度变化规律 |
4.1.1 浅海环境下最佳工作深度选取 |
4.1.2 深海环境下最佳工作深度选取 |
4.2 深海声速外插值方法对浮标声呐性能的影响 |
4.3 基于WOA数据的浮标声呐性能预报 |
4.3.1 永兴岛附近海域浮标声呐性能预报 |
4.3.2 东沙岛附近海域浮标声呐性能预报 |
4.4 基于ARGO数据的浮标声呐性能预报 |
4.4.1 菲律宾海域浮标声呐性能预报 |
4.4.2 夏威夷岛附近海域浮标声呐性能预报 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(10)非均匀声速流体介质声传播问题的LBM研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究现状 |
1.3 格子Boltzmann方法简介 |
1.3.1 数值模拟方法 |
1.3.2 格子Boltzmann方法的发展历史 |
1.3.3 格子Boltzmann方法的基本结构 |
1.3.4 LBM中声速可调模型 |
1.4 全文安排 |
2 格子Boltzmann方法的基本原理 |
2.1 格子Boltzmann方程 |
2.2 从格子BGK方程到Navier-Stokes方程 |
2.3 格子Boltzmann方法的基本模型 |
2.3.1 不可压等温Boltzmann模型 |
2.3.2 多速度模型 |
2.4 格子Boltzmann模拟流场和实际流场的关系 |
2.4.1 方程的无量纲化 |
2.4.2 格子和物理单位间的转换 |
2.5 格子Boltzmann方法的边界处理 |
2.5.1 启发式格式 |
2.5.2 动力学格式 |
2.5.3 外推式格式 |
2.6 本章小结 |
3 非均匀声速流体介质中声传播问题的LBM模拟 |
3.1 变声速格子Boltzmann模型 |
3.2 程序验证 |
3.2.1 声波的非线性效应 |
3.2.2 声波的衰波减性验证 |
3.3 本章小结 |
4 深海信道声传播问题模拟及其影响因素分析 |
4.1 深海信道声传播问题的模拟 |
4.1.1 深海声道声传播问题的建模 |
4.1.2 海面和海底处理 |
4.1.3 对深海声道声传播问题的模拟 |
4.2 SOFAR信道的声传播影响因素分析 |
4.2.1 声源所处深度不同对声波传播的影响 |
4.3 声源频率不同对深海信道声传播的影响 |
4.4 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 展望 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
参考文献 |
致谢 |
四、基于射线理论的海洋声场模型的计算(论文参考文献)
- [1]复杂海洋环境舰船水下噪声特性研究[D]. 董博文. 哈尔滨工程大学, 2021
- [2]深海声矢量环境噪声场特性研究[D]. 罗佳慧. 哈尔滨工程大学, 2021
- [3]基于单水听器的运动目标被动测距[D]. 宋鹏飞. 哈尔滨工程大学, 2021
- [4]极地环境冰下水声传播特性研究[D]. 杨威. 大连理工大学, 2021(01)
- [5]基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术研究[D]. 张敏. 杭州电子科技大学, 2021
- [6]深海典型海底地形对声传播特性的影响[J]. 朱宇琦. 电声技术, 2021(02)
- [7]基于有限元法的复杂海洋声传播特性研究[D]. 肖瑞. 浙江海洋大学, 2020
- [8]基于非相干匹配波束处理和解卷积的水下声源定位研究[D]. 张建国. 浙江大学, 2020(02)
- [9]基于深海声速外插值算法的浮标声呐性能预报[D]. 何格. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
- [10]非均匀声速流体介质声传播问题的LBM研究[D]. 李广硕. 大连理工大学, 2020(02)