近底悬浮弹性球声散射机理分析

1

作者 张培珍 周光波 +2 位作者 范军 王斌 冯子仪 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期880-888,共9页

基于二维周向分解方法进行了总场非轴对称背景下近底目标三维散射声场的数值快速计算,研究了近底悬浮弹性球目标声散射机理。根据海底及目标耦合四路径模型的射线声学叠加原理,给出了近底轴对称目标的二维有限元模型散射远场声压计算表... 基于二维周向分解方法进行了总场非轴对称背景下近底目标三维散射声场的数值快速计算,研究了近底悬浮弹性球目标声散射机理。根据海底及目标耦合四路径模型的射线声学叠加原理,给出了近底轴对称目标的二维有限元模型散射远场声压计算表达式。计算得到因界面引入的附加回波共同作用下的弹性球体目标散射频率−角度谱和频率−高度谱,给出了耦合散射声场明暗交替干涉条纹的精确预报公式。通过数值计算及实验分析了目标在掠射角和悬浮高度变化时目标镜反射、弹性目标体内激发的弹性波与海底反射波相互耦合的传播规律及其对总场的影响,讨论了因悬浮高度和掠射角变化产生的目标散射声场强度起伏机理。结果表明,增大掠射角和悬浮高度均会使目标频谱相邻共振峰峰值间距减小,并且利用海底与目标耦合作用声场的干涉条纹计算公式可以较好地对目标散射频谱信息进行预报。 展开更多

关键词 四路径模型 射线声学 近底悬浮目标 频率−角度谱 弹性球体

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水下航行器自由视角探测的多波束声呐仿真

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作者 陈德山 王之森 +1 位作者 汪洋 吴兵 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期30-36,共7页

针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法.首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像... 针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法.首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像快速生成;其次建立水下地形、航行器路径和探测视角耦合的自由扫测模型,实现水下自由视角扫测与成像;最后针对声呐图像干扰的高逼真仿真问题,提出一种基于实测数据拟合的结构化噪声和回波重影建模方法,进一步提高仿真声呐图像的逼真度.实验结果表明:该模型能够有效实现水下航行器自由视角扫测过程的位姿和声呐数据组合仿真,生成具有一定逼真度的多波束声呐图像. 展开更多

关键词 水下航行器 自由视角 多波束声呐 射线声学 声呐图像仿真

原文传递

水下声学导航网络节点区域最优布局方法

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作者 王永召 赵杨 +1 位作者 陈伟 刘猛 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期282-289,313,共9页

为实现水下声学导航网络节点满足区域定位精度需求,同时满足节点布局数量及费效比最优,提出了一种水下声学导航网络节点最优布局方法。根据节点布局间距和定位误差关系,选定满足定位精度需求的最大节点布局间距,采用2D网格生成算法控制... 为实现水下声学导航网络节点满足区域定位精度需求,同时满足节点布局数量及费效比最优,提出了一种水下声学导航网络节点最优布局方法。根据节点布局间距和定位误差关系,选定满足定位精度需求的最大节点布局间距,采用2D网格生成算法控制节点间距在最大间距,以实现导航网络节点的自动化最优布局。考虑海底地形遮挡声源情况,利用地形开角与临界开角和小开角临界值的对比,快速确定区域布局风险区并在2D网格生成算法中设置不可布局区域,进一步优化实际海底地形导航网络节点布局。通过某实际海域导航网络区域布局的仿真实验验证,所提方法可实现100 m定位误差的预期设计需求,并满足布局节点数量最优。 展开更多

关键词 水下声学导航网络 节点布局 射线声学 海底地形

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水下稳态涡流场声传播的数值模拟和实验研究

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作者 喻敏 樊丁繁 +1 位作者 张烨 刘航 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第4期419-425,共7页

声波穿过涡流场时声传播特性会发生改变,可由此判断涡流场的存在及其特征参数。文章首先推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟。然后开展水池超声传感器实验,采用现代计算流体力学(Computational F... 声波穿过涡流场时声传播特性会发生改变,可由此判断涡流场的存在及其特征参数。文章首先推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟。然后开展水池超声传感器实验,采用现代计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真方法获取涡流场参数。最后将通过涡流场声信号的时延结果,与实验测量值进行对比分析。结果表明,对于涡核半径为30 mm,最大切向速度为1.2 m·s^(-1)的涡流场,数值模拟误差小于10%,验证了基于射线声学的水下稳态涡流场声传播数值模拟的有效性。 展开更多

关键词 射线声学 稳态涡流场 声传播 时延

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水下稳态涡流场声传播特性

5

作者 喻敏 闫婧洁 +1 位作者 王志鸿 王献忠 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1111-1118,共8页

基于射线声学理论研究了水下稳态涡流场的声传播特性。首先,根据移动介质中的程函方程,推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟,获取了通过不同涡流场的声信号;然后,基于稳态涡流场的声传播特性,构... 基于射线声学理论研究了水下稳态涡流场的声传播特性。首先,根据移动介质中的程函方程,推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟,获取了通过不同涡流场的声信号;然后,基于稳态涡流场的声传播特性,构建了接收声信号相位与涡流场特征参数之间的映射关系,通过数值仿真反演稳态涡流场特征参数,仿真结果与理论值的相对误差在15%以内。仿真结果表明:基于射线理论可以有效模拟声信号通过涡流场的声线轨迹及信号变化,具有直观、计算效率高的优势;随着涡环量增大,涡流对声传播的影响更为明显;利用声信号相位可实现对速度分布、涡核位置、涡环量等涡流场特征参数的估计。 展开更多

关键词 声传播特性 射线声学 稳态涡流场 涡环量

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吊放声呐扩展螺旋阵搜潜效能评估改进方法 被引量：2

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作者 鞠建波 郁红波 +1 位作者 范赵鹏 杨少伟 《水下无人系统学报》 北大核心 2020年第4期434-439,共6页

针对反潜直升机吊放声呐搜潜效能评估过程中把探测范围等效成半径为定值圆的问题,为了提高效能评估的逼真度,文中以吊放声呐扩展螺旋阵数学模型为基础,建立了吊放声呐探测距离模型。依靠射线声学理论模型,以深海负梯度声速为例,通过BELL... 针对反潜直升机吊放声呐搜潜效能评估过程中把探测范围等效成半径为定值圆的问题,为了提高效能评估的逼真度,文中以吊放声呐扩展螺旋阵数学模型为基础,建立了吊放声呐探测距离模型。依靠射线声学理论模型,以深海负梯度声速为例,通过BELLHOP仿真得出了吊放声呐探测距离随温深曲线变化的关系,发现吊放声呐的探测距离在真实情况下是随着声速梯度的变化而改变的。同时,针对潜艇在逃逸过程中沿直线航行的问题,建立了潜艇规避模型,得出了潜艇规避仿真图。将探测范围等效成半径为定值圆的模型称为第1模型;在第1模型的基础上引入吊放声呐探测距离随温深曲线变化模型,称为第2模型;在第2模型的基础上加入潜艇规避模型,称为第3模型。使用蒙特卡洛方法对3种模型分别仿真5 000次,结果表明,加入射线声学理论探测距离模型和潜艇规避模型后,搜潜效率大大降低。文中方法对提高吊放声呐阵型搜索效能评估逼真度具有一定的军事意义和参考价值。 展开更多

关键词 吊放声呐 扩展螺旋阵 射线声学 BELLHOP 潜艇规避 探测距离

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基于波束计算的水下声学探测设备声兼容传播过程分析 被引量：2

7

作者 冯雪磊 葛锡云 +1 位作者 周宏坤 魏柠阳 《声学技术》 CSCD 北大核心 2019年第5期495-501,共7页

对于搭载多种声学探测设备的水下平台,不同设备的信号可能会产生相互干扰。因此,根据探测设备的波束特性,针对水下平台对海底的探测情形,来分析探测设备声兼容传播过程的特性。结合射线声学和海底散射模型,建立了声兼容分析中声传播的... 对于搭载多种声学探测设备的水下平台,不同设备的信号可能会产生相互干扰。因此,根据探测设备的波束特性,针对水下平台对海底的探测情形,来分析探测设备声兼容传播过程的特性。结合射线声学和海底散射模型,建立了声兼容分析中声传播的计算方法,并且分析了传播过程中各种因素对声兼容设计的影响。结果表明,在算例的波束条件下,声速剖面对声兼容性的影响较小,而特定类型的海底底质的影响较大。此外,水下平台距海底越高,或者波束偏转越大,声学设备间的相互干扰就越大。为了尽可能减小干扰信号的影响,应尽量避免干扰信号的发射波束和接收波束交叠,此外还给出了波束覆盖角阈值和干扰信号衰减的关系。 展开更多

关键词 波束计算 声兼容 射线声学 海底散射

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高速列车低噪声设计中的部件声学指标分解方法 被引量：2

8

作者 张捷 姚丹 +1 位作者 王瑞乾 肖新标 《交通运输工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期248-257,共10页

提出了一种基于整车噪声仿真分析的部件声学指标分解方法;将高速列车的部件声学指标按类型分为声源指标和路径指标2种主要形式,分别基于声线法和统计能量分析方法建立了高速列车的车外噪声预测模型和车内噪声预测模型,通过选定的初始参... 提出了一种基于整车噪声仿真分析的部件声学指标分解方法;将高速列车的部件声学指标按类型分为声源指标和路径指标2种主要形式,分别基于声线法和统计能量分析方法建立了高速列车的车外噪声预测模型和车内噪声预测模型,通过选定的初始参数作为计算输入,预测车外、车内噪声,并与车辆顶层声学指标进行差异化对比分析;基于声源贡献、路径贡献与参数灵敏度分析,考虑多目标优化,确定了声源部件和路径部件的声学指标。研究结果表明:噪声源的指标分解,基于整车车外噪声仿真分析,当车外噪声预测结果满足声学设计目标且设计裕量在可接受范围之内时,此时的声源参数输入即可作为一组声源指标分解结果;对于传声路径的指标分解,基于整车车内噪声仿真分析,当车内噪声满足声学设计目标且设计裕量在可接受范围之内时,此时的路径参数输入即可作为一组路径指标分解结果;当声源指标或路径指标不满足整车噪声要求时,则需要进行声源或路径的贡献分析,计算主要贡献声源或路径的参数灵敏度,通过对主要贡献声源或者路径进行修正迭代,使之最终满足声学设计目标;低噪声设计需要不断综合多项指标的反馈,合理地调整部件声学指标,确保声学指标分解满足顶层目标,且具有可行性。 展开更多

关键词 车辆工程 高速列车 低噪声设计 声学指标 统计能量分析 声线法

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三维成像声呐目标回波建模仿真及分析 被引量：2

9

作者 曾腾 张春华 王朋 《网络新媒体技术》 2021年第3期22-29,共8页

针对三维成像声呐成像及后续图像处理背景下存在实际场景数据难获取的问题,提出海底混响场景下实际目标建模模型和回波信号仿真的方法。文章首先建立了浅海楔形海底的线状目标回波模型,然后基于射线声学混响模型,采用信道卷积法推导得... 针对三维成像声呐成像及后续图像处理背景下存在实际场景数据难获取的问题,提出海底混响场景下实际目标建模模型和回波信号仿真的方法。文章首先建立了浅海楔形海底的线状目标回波模型,然后基于射线声学混响模型,采用信道卷积法推导得到理想环境下的回波信号以及浅海环境混响干扰下的回波信号,最后对回波信号进行三维波束成像和三角网重建,并对有无混响下的成像结果进行对比分析。仿真结果表明该方法得到的回波信号能够正确地体现目标的轮廓特征和位置信息,极大的降低了实验成本。 展开更多

关键词 三维成像声呐 海底混响 射线声学 回波信号

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射线声学法在会聚区调查中的应用研究 被引量：2

10

作者 吴炳昭 崔华义 +1 位作者 于金花 常哲 《海洋技术》 北大核心 2009年第4期52-53,62,共3页

会聚区调查是海洋声传播损失调查的一项重要内容,在调查前大致了解海区中的会聚区分布情况,将给会聚区调查带来极大的便利。针对深海会聚区调查,提出了一种利用射线声学法对会聚区进行预估,从而大大提高了工作效率,降低了调查成本,保证... 会聚区调查是海洋声传播损失调查的一项重要内容,在调查前大致了解海区中的会聚区分布情况,将给会聚区调查带来极大的便利。针对深海会聚区调查,提出了一种利用射线声学法对会聚区进行预估,从而大大提高了工作效率,降低了调查成本,保证了调查数据的质量。 展开更多

关键词 射线声学 会聚区 传播损失

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动力吸振器在声黑洞单元中的放置位置对减振效果的影响 被引量：1

11

作者 贾秀娴 赵剑 +1 位作者 杜宇 于野 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第19期66-70,97,共6页

声黑洞(ABH)效应是通过将板结构厚度按特定规律改变以逐渐降低振动波在板内的传播速度,从而实现将能量聚集于某特定区域的现象;ABH近年来在控制结构振动和噪声方面得到较多的研究。以排列有(2×2)个声黑洞单元的板结构为研究对象,... 声黑洞(ABH)效应是通过将板结构厚度按特定规律改变以逐渐降低振动波在板内的传播速度,从而实现将能量聚集于某特定区域的现象;ABH近年来在控制结构振动和噪声方面得到较多的研究。以排列有(2×2)个声黑洞单元的板结构为研究对象,通过射线声学理论建立了在其等效二维板结构中弯曲波传播的轨迹模型;探讨了不同入射角度下声黑洞结构对弯曲波的聚焦位置;发现当声黑洞单元最小厚度不为0时,其聚焦位置可能不在声黑洞单元的几何中心;对此类声黑洞单元板使用多个动力吸振器(DVA)进行振动控制并采用数值搜索技术对其进行参数优化;在此基础上,研究了动力吸振器的放置位置对减振效果的影响。通过对比发现,参数优化后的动力吸振器在峰值处及其附近宽频带范围内均有非常显著的减振效果。 展开更多

关键词 声黑洞(ABH) 射线声学 动力吸振器(DVA) 振动控制

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基于GPU的海底混响信号快速仿真方法研究

12

作者 李利 刘兴华 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第6期128-131,共4页

在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用GPU相比于CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用GPU进行计算海底混响... 在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用GPU相比于CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用GPU进行计算海底混响信号。通过对仿真混响信号的处理分析,在散射点较少时,混响信号包络更接近于K分布,而随着散射点的增多,混响信号的包络接近于瑞利分布。符合混响信号的一般统计特性。该方法能快速仿真出混响信号,达到高效的目的,为以后混响信号的实时演示验证提供一条可供选择的途径。 展开更多

关键词 射线声学 混响信号 GPU运算

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深海超短基线声学定位系统计算目标水平距离的一种新方法 被引量：7

13

作者 荀俊姑 郭纪捷 《海洋技术》 1997年第4期17-22,共6页

对深海环境中工作的潜器或设备载体进行定位测量是深海调查的重要任务之一。本文基于射线声学原理对超短基线声学定位系统的定位数据提出一种迭代处理算法，能够得到非常精确的水平距离测量结果。这种方法对于大洋调查的深拖系统和其他... 对深海环境中工作的潜器或设备载体进行定位测量是深海调查的重要任务之一。本文基于射线声学原理对超短基线声学定位系统的定位数据提出一种迭代处理算法，能够得到非常精确的水平距离测量结果。这种方法对于大洋调查的深拖系统和其他水下设备定位有重要的现实意义。 展开更多

关键词 超短基线 声学定位 射线理论 迭代算法 海洋测量

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联合匹配场和神经网络的声速时间场构建方法

14

作者 李林洋 徐天河 +3 位作者 王君婷 黄威 高凡 舒建旭 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2044-2053,共10页

局域声速场变化严重影响了海洋声学定位与导航的精度,构建高精度、高分辨率的声速时间场尤为重要。针对局域声速场参考样本不足导致声速场构建精度较低的问题,本文依据匹配场和神经网络理论,建立了联合匹配场和神经网络的声速时间场构... 局域声速场变化严重影响了海洋声学定位与导航的精度,构建高精度、高分辨率的声速时间场尤为重要。针对局域声速场参考样本不足导致声速场构建精度较低的问题,本文依据匹配场和神经网络理论,建立了联合匹配场和神经网络的声速时间场构建方法。利用通信数据和全水深声速剖面数据,采用匹配场处理进行声速剖面仿真,其次通过后向传播神经网络拟合经验正交函数分解重构系数构建声速剖面,并与实测抛弃式温盐深剖面仪数据进行对比。结果表明:与平均声速剖面的1.079 m/s相比,考虑匹配场仿真声速剖面的联合匹配场和神经网络的声速时间场构建方法的均方根误差为0.665 m/s,提高了38.4%。因此,该算法可以提高复杂海洋环境中声速时间场的构造精度。 展开更多

关键词 声速时间场构建 匹配场处理 后向传播神经网络 声速剖面反演 经验正交函数分解 启发式算法 射线声学理论 第一模态系数

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