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《哈尔滨工程大学》 2010年
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浅海甚低频声传播建模与规律研究

张海刚  
【摘要】:现在水声研究的重点之一是浅海中的声传播,随着水声探测使用的频段越来越低,声矢量传感器的广泛应用,声矢量信号处理技术的快速发展,深入研究浅海低频声矢量场特性对于低频声矢量的探测有重要价值。浅海中舰船噪声或海洋气象环境所激发的海底地震波作为一种新的舰船物理场,在水中目标探测、水雷引信设计和海洋动力学监测等方面都有很重要的应用前景。在这样的背景下,本文致力于对具有弹性海底的浅海环境中低频/甚低频声矢量场、地震波场的建模方法及传播规律进行探索和研究。主要研究内容和创新点分为如下两个方面: (一)浅海弹性海底环境中甚低频声矢量场、地震波场建模方法研究 1.建立海水中位移场、海底地震波场的快速场计算方法采用柱坐标系,建立具有弹性海底的Pekeris波导中,点源影响下海水中位移场、海底地震波场的理论模型,利用FFT的方法实现了位移场的计算。 2.建立海水中位移场、海底地震波场的抛物方程方法模型基于弹性抛物方程理论,利用反转算子方法建立了海水中位移场、海底地震波场的计算方法。该方法与位移场的数值差分计算方法相比可以采用大的步进步长,具有计算速度快的优点。利用坐标映射的弹性抛物方程方法结合反转算子方法,建立具有不规则形状弹性海底的海洋环境中位移场和地震波场的计算方法,并实现了岸上地震波场的计算。 3.利用其它理论模型和海上实验结果验证了声场计算方法的正确性利用KrakenC和SAFARI程序验证快速场模型和抛物方程方法的正确性。并进行了国内首次岸上接收水中目标辐射声波激发地震波的海上测量实验。利用布放在岸上的地震波测量系统成功地接收到了水中目标船辐射噪声所激发的地震波信号,并利用实测数据对仿真模型进行了检验,实测结果和仿真结果符合较好。 (二)浅海弹性海底环境中甚低频声传播规律研究 1.研究浅海海底地震波的激发机理。 建立具有弹性海底的Pekeris波导模型,在直角坐标系下利用流体和弹性固体中的波动方程建立了位移场的简单计算模型,研究了Scholte表面波及次表面波的质点运动轨迹和质点位移分布情况及其频散特性。 2.具有弹性海底的Pekeris波导位移场的分布规律利用快速场方法和抛物方程方法仿真计算,分析海底压缩波和剪切波声速、海水深度、声源频率、声源深度、海底声吸收系数及声速分布等参数对于水中位移场和弹性海底地震波场分布的影响。 3.具有倾斜弹性海底的海洋环境中声波能量的泄漏现象低频/甚低频声波在具有倾斜弹性海底的海洋环境中传播时,水中简正波和海底的次表面波会随着海水深度的减小出现截止现象,由简正波的理论确定发生截止现象的位置由水深与波长比确定。 4.岸上地震波场的分布规律分析了声源深度、声源频率、海底声速等对岸上地震波场的影响。本文的研究为利用声矢量场和地震波进行水中目标的探测提供物理基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB565

【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 安旭东;祝捍皓;张海刚;朴胜春;刘伟;;低频声传播的抛物方程计算方法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
2 祝捍皓;朴胜春;张海刚;刘伟;;水平分层弹性海底环境下Scholte波特性的研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
3 王猛;张红星;朴胜春;于盛齐;安旭东;;含有弹性层的分层海底水声传播特性对比研究[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
4 张红星;王猛;张海刚;;水中声源激发弹性海底地震波传播规律研究[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘佳;单通道盲源分离及其在水声信号处理中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王猛;抛物方程方法中单向散射近似处理方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 郭咏;基于OMAP-L137平台利用干涉谱提取动目标参数的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王德俊;矢量声场与矢量信号处理理论研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 时胜国;矢量水听器及其在平台上的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
3 孙国仓;浅海矢量声场及其信号处理[D];哈尔滨工程大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 余赟;惠俊英;陈凯;桑恩方;;基于甚低频声干涉结构的目标径向运动速度估计[J];兵工学报;2010年09期
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10 余赟;惠俊英;赵安邦;林芳;;波导不变量及双阵(元)被动测距方法研究[J];兵工学报;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张明敏;卢建斌;席泽敏;;波动声场中的远场条件[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
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3 张林;笪良龙;徐国军;;BDRM理论在水平变化波导中的应用[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
4 孙梅;李风华;;Pekeris声波导中简正波群速度及在海底声速反演中的应用[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
5 靳建嘉;陈洪娟;王文芝;张虎;;基于亥姆霍兹积分法的低频换能器校准方法研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
6 周益明;王佳麟;翁汝莲;;一种利用宽带扫频测量透声窗最佳厚度的方法[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
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8 王斌;陈明;范军;;Kirchhoff近似预报辐射声场的低频适用性[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
9 陈建平;何元安;黄爱根;;消声瓦材料粘弹性特性的数学模型表征研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
10 刘宁;王三德;尹文茂;;潜艇上方近场水下辐射噪声的双峰特性研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈阳;水声阵列信号处理理论及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 姜恒;多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
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5 吕云飞;甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 曹宇;利用遗传算法对声障板优化设计的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 杨丹;压电复合结构主动吸声理论与方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 樊炜;海底热液口温度场声学测量技术研究[D];浙江大学;2010年
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10 蒋冰莉;MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何文翔;矢量传感器多普勒定位研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 谭学者;水下低频隔声特性理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李婷;浅海表面噪声矢量场时空相关特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 刘肖宇;基于CCD的光学水下声源探测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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6 白云;噪声测量中矢量水听器被动合成孔径声纳方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 管宇;一种低频三维MEMS矢量水听器的研制[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 李海霞;有限障板对矢量水听器测向的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 何勤;有限障板下矢量水听器性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 刘建军;翟利学;;有限差分法解能量本征方程[J];北京工业大学学报;2008年03期
3 刘琚,顾明亮,何振亚,梅良模;一种新的瞬时混迭信号盲分离的自适应方法[J];电路与系统学报;1998年04期
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9 崔荣涛;李辉;万坚;戴旭初;;一种基于过采样的单通道MPSK信号盲分离算法[J];电子与信息学报;2009年03期
10 王逸林;蔡平;惠俊英;;基于HHT的矢量传感器瞬态信号方位估计[J];哈尔滨工程大学学报;2008年03期
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1 徐海生;;利用波导不变性概念实现声源定位的实验研究[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
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1 倪晋平;水声信号盲分离技术研究[D];西北工业大学;2002年
2 周忠海;基于激光干涉原理的海洋灾害预警关键技术研究[D];中国海洋大学;2009年
3 孙国仓;浅海矢量声场及其信号处理[D];哈尔滨工程大学;2008年
4 赵艳菊;强噪声背景下机械设备微弱信号的提取与检测技术研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李彦林;基于OMAPL137嵌入式平台的手指静脉身份识别系统的研制[D];重庆理工大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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3 王德俊;矢量声场与矢量信号处理理论研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
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6 陈丽洁;微型矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【相似文献】
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9 苗永康,綦忠,单联瑜,王修田;稳定波束法地震波场模拟技术[J];石油物探;2002年04期
10 李锋,曹凯,黄德芹,任玉秀;震源深度对低速带区地震波传播特征的影响[J];石油天然气学报;2005年02期
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1 鲁明文;李小凡;张美根;;非均匀介质中的地震波干涉法研究[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
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7 伍先运;余仕成;王克协;李幼铭;;可渗性地层多层地震波场的分析及面波频散特性[A];1994年中国地球物理学会第十届学术年会论文集[C];1994年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 任士房;声电效应在隧道地震波场物理模拟中的应用研究[D];西南交通大学;2012年
9 李导;基于振幅控制的Q补偿方法研究及其应用[D];成都理工大学;2010年
10 王大伟;断层处地震波传播的弹性动力学研究[D];中国海洋大学;2011年
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