【摘要】：波導(dǎo)不變性原理是當(dāng)前海洋聲學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。和波導(dǎo)不變量一樣,陣不變量也能實(shí)現(xiàn)寬帶聲源的有效測(cè)距,與傳統(tǒng)的三元陣被動(dòng)測(cè)距技術(shù)方法相比,它充分考慮了信道環(huán)境對(duì)聲傳播的影響,能夠提高淺海聲源測(cè)距性能;而與匹配場(chǎng)處理相比,則降低了對(duì)環(huán)境參數(shù)的依賴,測(cè)距穩(wěn)健性較強(qiáng),具有良好的應(yīng)用前景。本文在Sunwoong Lee和Nicholas C.makris陣不變量研究的基礎(chǔ)上對(duì)陣不變量聲源測(cè)距做了進(jìn)一步研究發(fā)展,主要成果有: 一、給出了陣不變量的一種簡(jiǎn)明物理解釋。本文從簡(jiǎn)正波到達(dá)時(shí)間和俯仰角這兩個(gè)描述波導(dǎo)多模傳播和單模頻散的參數(shù)出發(fā),給出了一種不同于原始文獻(xiàn)的陣不變量簡(jiǎn)明理論推導(dǎo),清晰的闡述了陣不變量的核心物理意義。陣不變量實(shí)質(zhì)為信號(hào)在平均聲速c條件下從聲源-接收器的的絕對(duì)傳播時(shí)間。陣不變量的提取是被動(dòng)測(cè)距的關(guān)鍵,它可通過(guò)提取信號(hào)到達(dá)時(shí)間對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)正波俯仰角余割值進(jìn)行計(jì)算。 二、提出了廣義陣不變量的概念。陣不變量適用于水體均勻的情形,對(duì)于水體聲速剖面變化時(shí),陣不變量也并不是一個(gè)絕對(duì)不變的量,而是隨著簡(jiǎn)正波號(hào)數(shù)和聲源頻率的不同而略有差異。在廣義陣不變量的基礎(chǔ)上,對(duì)陣不變量方法測(cè)距進(jìn)行了推廣發(fā)展,在水體聲速剖面比較復(fù)雜或已知的情況下,通過(guò)修正廣義陣不變量為常數(shù),能夠提高聲源測(cè)距的精度。 三、建立了廣義陣不變量和廣義波導(dǎo)不變量的內(nèi)在聯(lián)系。兩者均是波導(dǎo)頻散特性的反映,可通過(guò)簡(jiǎn)正波俯仰角聯(lián)系起來(lái),廣義陣不變量是不同頻率不同號(hào)簡(jiǎn)正波到達(dá)時(shí)間差和對(duì)應(yīng)俯仰角余割值差的比值,而廣義波導(dǎo)不變量可表示為不同頻率的兩號(hào)簡(jiǎn)正波俯仰角正弦值的乘積,給出了一個(gè)直觀理解或反演估計(jì)波導(dǎo)不變量的簡(jiǎn)明公式。 本文討論的陣不變量測(cè)距主要是基于遠(yuǎn)距離聲波主要在水體里傳播的事實(shí),主要考慮水體聲速剖面對(duì)聲傳播的影響,對(duì)海底研究的較少。在利用陣不變量原理實(shí)現(xiàn)聲源測(cè)距的技術(shù)手段上,主要考慮了利用水平陣和垂直陣常規(guī)波束形成實(shí)時(shí)提取簡(jiǎn)正波俯仰角的方法,并給出了數(shù)值仿真實(shí)例。
【圖文】：

應(yīng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變，在時(shí)域上，一個(gè)發(fā)射脈沖信號(hào)，，經(jīng)過(guò)較遠(yuǎn)距離的傳播，會(huì)發(fā)生明顯的拖散。拖散的主要原因是信號(hào)中不同的模態(tài)和不同的頻率成分群速度不同。圖1-3是利用小波變換對(duì)圖1-2發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)所作的時(shí)頻分析，從左圖可以看到，脈沖信號(hào)的所有成分均在0時(shí)刻同時(shí)發(fā)射，而15.1km處的接收信號(hào)在時(shí)頻域上實(shí)現(xiàn)了分離，出現(xiàn)了多條傾斜的亮線（區(qū)別于發(fā)射信號(hào)只有一條亮線），每一條亮線代表一號(hào)簡(jiǎn)正波，而亮線的傾斜代表此號(hào)簡(jiǎn)正波的不同頻率成分。

圖 1- 3 發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的時(shí)-頻分析比較多模、頻散導(dǎo)致的信號(hào)畸變程度與聲源-接收器的距離有密切的關(guān)系，通常傳播距離越遠(yuǎn)，時(shí)域拖散畸變?cè)絿?yán)重。如圖1-4所示，其左右兩圖分別是上述脈沖發(fā)射信號(hào)在距離聲源9.1公里和18.1公里處接收信號(hào)的時(shí)頻分析圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著距離的增加（距離聲源從9.1公里到18.1公里），信號(hào)的總長(zhǎng)度從0.5秒左右拖長(zhǎng)到約1秒，兩條亮紋之間的距離拉長(zhǎng)（實(shí)際對(duì)應(yīng)兩號(hào)簡(jiǎn)正波之間的到達(dá)時(shí)間間隔變長(zhǎng)），亮線更加傾斜（對(duì)應(yīng)同一號(hào)簡(jiǎn)正波不同頻率成分的到達(dá)時(shí)間差變大）。Reduced time (s) t-[r/c]frquenceyTime-frequency distribution of the signal at r=9.1km0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11001201401601802000.20.40.60.811.21.41.61.82x 10-6Reduced time (s) t-[r/c]frquenceyTime-frequency distribution of the signal at r=18.1km0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11001201401601802002468101214x 10-7圖 1- 4 不同接收距離的接收信號(hào)比較
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：P733.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 毛衛(wèi)寧;水下被動(dòng)定位方法回顧與展望[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年06期

2 馬遠(yuǎn)良;匹配場(chǎng)處理——水聲物理學(xué)與信號(hào)處理的結(jié)合[J];電子科技導(dǎo)報(bào);1996年04期

本文編號(hào)：2616735