【摘要】：波導不變性原理是當前海洋聲學研究的熱點之一。和波導不變量一樣,陣不變量也能實現(xiàn)寬帶聲源的有效測距,與傳統(tǒng)的三元陣被動測距技術方法相比,它充分考慮了信道環(huán)境對聲傳播的影響,能夠提高淺海聲源測距性能;而與匹配場處理相比,則降低了對環(huán)境參數(shù)的依賴,測距穩(wěn)健性較強,具有良好的應用前景。本文在Sunwoong Lee和Nicholas C.makris陣不變量研究的基礎上對陣不變量聲源測距做了進一步研究發(fā)展,主要成果有: 一、給出了陣不變量的一種簡明物理解釋。本文從簡正波到達時間和俯仰角這兩個描述波導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的陣不變量簡明理論推導,清晰的闡述了陣不變量的核心物理意義。陣不變量實質(zhì)為信號在平均聲速c條件下從聲源-接收器的的絕對傳播時間。陣不變量的提取是被動測距的關鍵,它可通過提取信號到達時間對應的簡正波俯仰角余割值進行計算。 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,對于水體聲速剖面變化時,陣不變量也并不是一個絕對不變的量,而是隨著簡正波號數(shù)和聲源頻率的不同而略有差異。在廣義陣不變量的基礎上,對陣不變量方法測距進行了推廣發(fā)展,在水體聲速剖面比較復雜或已知的情況下,通過修正廣義陣不變量為常數(shù),能夠提高聲源測距的精度。 三、建立了廣義陣不變量和廣義波導不變量的內(nèi)在聯(lián)系。兩者均是波導頻散特性的反映,可通過簡正波俯仰角聯(lián)系起來,廣義陣不變量是不同頻率不同號簡正波到達時間差和對應俯仰角余割值差的比值,而廣義波導不變量可表示為不同頻率的兩號簡正波俯仰角正弦值的乘積,給出了一個直觀理解或反演估計波導不變量的簡明公式。 本文討論的陣不變量測距主要是基于遠距離聲波主要在水體里傳播的事實,主要考慮水體聲速剖面對聲傳播的影響,對海底研究的較少。在利用陣不變量原理實現(xiàn)聲源測距的技術手段上,主要考慮了利用水平陣和垂直陣常規(guī)波束形成實時提取簡正波俯仰角的方法,并給出了數(shù)值仿真實例。
【圖文】：

應會導致信號畸變，在時域上，一個發(fā)射脈沖信號，，經(jīng)過較遠距離的傳播，會發(fā)生明顯的拖散。拖散的主要原因是信號中不同的模態(tài)和不同的頻率成分群速度不同。圖1-3是利用小波變換對圖1-2發(fā)射信號與接收信號所作的時頻分析，從左圖可以看到，脈沖信號的所有成分均在0時刻同時發(fā)射，而15.1km處的接收信號在時頻域上實現(xiàn)了分離，出現(xiàn)了多條傾斜的亮線（區(qū)別于發(fā)射信號只有一條亮線），每一條亮線代表一號簡正波，而亮線的傾斜代表此號簡正波的不同頻率成分。

圖 1- 3 發(fā)射信號與接收信號的時-頻分析比較多模、頻散導致的信號畸變程度與聲源-接收器的距離有密切的關系，通常傳播距離越遠，時域拖散畸變越嚴重。如圖1-4所示，其左右兩圖分別是上述脈沖發(fā)射信號在距離聲源9.1公里和18.1公里處接收信號的時頻分析圖。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），信號的總長度從0.5秒左右拖長到約1秒，兩條亮紋之間的距離拉長（實際對應兩號簡正波之間的到達時間間隔變長），亮線更加傾斜（對應同一號簡正波不同頻率成分的到達時間差變大）。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比較
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：P733.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 毛衛(wèi)寧;水下被動定位方法回顧與展望[J];東南大學學報(自然科學版);2001年06期

2 馬遠良;匹配場處理——水聲物理學與信號處理的結合[J];電子科技導報;1996年04期

本文編號：2616735