海洋中存在大量的散射體,入射聲波投射到這些散射體上會(huì)產(chǎn)生散射,而這些散射聲波在接收點(diǎn)的迭加就形成了混響。在水平有界海域,海洋混響受水平邊界的影響嚴(yán)重；同時(shí),近岸淺海的漸深海底也影響海洋混響的規(guī)律,本文題目所指的“不規(guī)則海域”,就是此類水平邊界和海底邊界形狀不規(guī)則并且邊界條件復(fù)雜的海域,不規(guī)則海域中的混響有其特殊的規(guī)律�；祉懯侵鲃�(dòng)聲探測的重要干擾背景,研究在不規(guī)則海域中的主動(dòng)聲納探測問題,要求對不規(guī)則海域中混響場的特性有充分了解,才能針對該類海域聲場及聲干擾場特點(diǎn),開發(fā)有效的水聲探測技術(shù)。在淺海,海底混響是海洋混響的重要組成部分,而海底散射強(qiáng)度又是影響海底混響的重要因素,隨著多基地聲納系統(tǒng)的研究和應(yīng)用,就需要研究海底散射強(qiáng)度與入射掠射角、散射掠射角和散射方位角的關(guān)系,即海底三維散射強(qiáng)度�；诖�,本文主要研究海底三維聲散射強(qiáng)度的測量方法以及不規(guī)則海域的混響特性。 本文給出了一種測量海底三維散射強(qiáng)度的方法,該方法由水平指向性窄垂直指向性寬的聲源發(fā)射信號(hào),在接收位置由水平、垂直指向性窄的T型接收陣接收散射區(qū)域中的某散射元的海底散射信號(hào),根據(jù)入射聲程和散射聲程計(jì)算的傳播損失、聲源的聲源級(jí)和接收到散射信號(hào)聲強(qiáng),計(jì)算可得距此散射元單位距離處的入射聲強(qiáng)和散射聲強(qiáng),再根據(jù)散射強(qiáng)度定義可求得此散射元的三維散射強(qiáng)度。用時(shí)延波束形成技術(shù)改變T型接收陣的聲軸指向方向,使聲軸指向散射區(qū)域的其它散射元,用相同的方法可求得該散射點(diǎn)的三維散射強(qiáng)度,進(jìn)而能測得整個(gè)散射區(qū)域中各散射元的三維散射強(qiáng)度。文中還引入一計(jì)算海底三維散射強(qiáng)度的理論模型,該模型是在海底散射是各向同性這一假設(shè)條件下建立的。湖上測量得到的湖底三維散射強(qiáng)度同理論模型計(jì)算得到的結(jié)果相吻合,但在海試中,相同的入射掠射角、散射掠射角和散射方位角條件下海底同一散射元在不同入射方向上測量得到的前向散射強(qiáng)度有近20dB的差別,表明實(shí)驗(yàn)海域海底散射強(qiáng)度各向異性。 以射線聲學(xué)理論為基礎(chǔ),在收發(fā)合置情況下,用Lambert散射定律計(jì)算海底散射強(qiáng)度,只需考慮海底的一次散射對混響強(qiáng)度的貢獻(xiàn),對傾斜海底混響強(qiáng)度進(jìn)行建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；在收發(fā)分置情況下,用三維散射模型計(jì)算海底散射強(qiáng)度,同樣只需考慮海底的一次散射對混響強(qiáng)度的貢獻(xiàn),對傾斜海底收發(fā)分置混響強(qiáng)度進(jìn)行建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,通過幾何變換關(guān)系,可用傾斜海底混響強(qiáng)度模型計(jì)算不規(guī)則海域側(cè)面壁的混響強(qiáng)度,再將左側(cè)壁面、右側(cè)壁面和海底這三個(gè)粗糙面的混響強(qiáng)度迭加起來即得不規(guī)則海域總混響強(qiáng)度,并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性。通過理論計(jì)算,在收發(fā)合置的情況下,由于有兩側(cè)面壁的影響,不規(guī)則海域的混響強(qiáng)度在近程要略大于水平海底和傾斜海底的混響強(qiáng)度,隨時(shí)間的衰減也快。對于不規(guī)則海域混響強(qiáng)度,發(fā)射聲源的發(fā)射脈寬對混響強(qiáng)度的影響較大,脈寬越寬,混響強(qiáng)度越大；海底傾角和兩側(cè)面壁開角對遠(yuǎn)程混響有較大影響,海底傾角越大,混響強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減越快,兩側(cè)壁開角越大,混響強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減越慢；兩側(cè)面壁傾角越小,不規(guī)則海域近程混響強(qiáng)度越大,遠(yuǎn)程混響強(qiáng)度越小。 以海底散射系數(shù)的空間相關(guān)半徑設(shè)定散射單元面積,根據(jù)混響產(chǎn)生的物理過程,建立海底多途混響信號(hào)模型,通過對仿真得到的混響信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,其瞬時(shí)幅值服從高斯分布,瞬時(shí)相位服從(0,2π)間的均勻分布,符合混響的一般統(tǒng)計(jì)規(guī)律。通過對仿真得到的不規(guī)則海域收發(fā)分置多途混響信號(hào)和實(shí)驗(yàn)得到的不規(guī)則海域混響信號(hào)的處理知,不規(guī)則海域混響垂直方向上的空間相關(guān)性比水平方向上的空間相關(guān)性強(qiáng)；而在水平方向上,垂直于兩側(cè)面壁方向上的空間相關(guān)性比平行于兩側(cè)面壁方向上的空間相關(guān)性強(qiáng)。隨著混響信號(hào)頻率的增高,各方向上的空間相關(guān)性減弱,并且垂直方向上混響的空間相關(guān)性變化較水平方向上的混響空間相關(guān)性變化明顯。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P714
【部分圖文】：

SAX99測量實(shí)驗(yàn)示意圖

到300m水深的海域內(nèi)對8“到750掠射角范圍內(nèi)的海底反向散射進(jìn)行了測量匯””。PaulC，HineS等學(xué)者用參量陣發(fā)射窄波束信號(hào)，用超指向性接收器接收反向散射信號(hào)，如圖1.8所示，分別在4kHz和skHz頻率下對海底兩個(gè)不同位置的3“到15。掠射角范圍內(nèi)的海底散射進(jìn)行了測量，結(jié)果顯示兩地測量的結(jié)果較為相同〔”2]。一棄…二蕊彝一帶一:圖1.8實(shí)驗(yàn)裝置布放圖 Figl.8ClothfigureofexPerimentalequiPment2010年，H” ungsulLa和 JeewoongChoi等學(xué)者在skHz頻率上對小掠射角下的反向散射強(qiáng)度進(jìn)行了測量并與Lambert散射定律求得的海底反向散射強(qiáng)度做了比較仁，’3]。4本文主要內(nèi)容不規(guī)則海域中的混響有其特殊的規(guī)律。海底散射強(qiáng)度是影響海底混響的重要因素，如何準(zhǔn)確的測量海底散射強(qiáng)度也是混響研究問題之一。本文就對海底三維散射強(qiáng)度的測量方法和不規(guī)則海域混響特性進(jìn)行研究。具體內(nèi)容如下:緒論中對混響強(qiáng)度、混響信號(hào)模型和海底散射強(qiáng)度測量方法做了概述，介紹本文的工作內(nèi)容。射線聲學(xué)理論和聲場疊加原理是本文工作的理論基礎(chǔ)。對于淺海海洋環(huán)境，海底混響是影響聲納系統(tǒng)性能的主要干擾，而海底散射強(qiáng)度數(shù)又是影響海底混響的重要因素。本章針對雙基地聲納系統(tǒng)

一10)式可知，聲強(qiáng)正比于聲線方向v勢和聲波幅值A(chǔ)的平方的乘積，方向與聲線相同。方程兩邊同乘A得ZAv價(jià)側(cè)+(vZ叻矛=0(2一11)量性質(zhì)V·(aVb)=v。·vb+“vZb，(2一n)式亦可用(2一12)式表示ZAv勢·vA十(v’樹AZ=v，(AZV樹一。(2一12)一10)代入(2一12)式得，工=O(2一13)表明矢量聲強(qiáng)了的散度為零。根據(jù)奧一高定理，把體積分化為面積分，在經(jīng)過整JJJv一有儷獷S(2一14)

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王松;梁紅;楊長生;;粗糙海底單基地散射和混響建模與仿真[J];魚雷技術(shù);2014年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳文劍;水下角反射體聲學(xué)標(biāo)記物反向聲散射特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 賈偉娜;水下多目標(biāo)高分辨方位估計(jì)技術(shù)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2811354