淺海海洋環(huán)境下，環(huán)境噪聲源發(fā)出的聲波在傳播過(guò)程中在海面與海底之間經(jīng)歷多次反射。海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)即是由大量噪聲源及其各自的聲場(chǎng)與環(huán)境邊界的相互作用共同決定的一種隨機(jī)過(guò)程。由于這種多途相互作用，時(shí)間平均的環(huán)境噪聲場(chǎng)體現(xiàn)出由環(huán)境條件決定的空間結(jié)構(gòu)。淺海海洋環(huán)境下，噪聲場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)很大程度上由海底特性決定。作為水聲信道的一種背景干擾場(chǎng)，海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)特性是影響水聲系統(tǒng)的主要因素之一。同時(shí)，海洋環(huán)境噪聲又是有用的信號(hào)，可以用其空間結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)海洋環(huán)境參數(shù)進(jìn)行反演。在噪聲場(chǎng)諸多特性當(dāng)中，垂直指向性與垂直相干特性相對(duì)穩(wěn)定，可以充分反映噪聲場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)。本論文基于水平分層淺海風(fēng)成海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)模型，對(duì)噪聲場(chǎng)垂直指向性、垂直相干特性以及利用垂直相干反演海底參數(shù)問(wèn)題作以研究。其中，在計(jì)算噪聲場(chǎng)互譜密度時(shí)，采用簡(jiǎn)正波求和形式，這樣不僅可以用模式圖像的物理意義直接解釋噪聲問(wèn)題，而且可以利用絕熱模式理論把噪聲表達(dá)式擴(kuò)展成與距離有關(guān)的環(huán)境。但是若僅考慮離散簡(jiǎn)正波場(chǎng)的求和，將會(huì)丟失掉環(huán)境噪聲問(wèn)題中對(duì)場(chǎng)有重要貢獻(xiàn)的連續(xù)譜。為將這一部分考慮在內(nèi)，在海底某深度引入一虛假深海底，用復(fù)模式之和去近似計(jì)算分支割線的積分。論文首先討論了不同海面噪聲源面積與指向性圖案、不同海水聲速剖面、不同海底類型、不同接收器布設(shè)以及不同頻率的情況下，噪聲場(chǎng)的垂直指向特性。然后，分析了各環(huán)境參數(shù)與噪聲場(chǎng)垂直相干的關(guān)系，包括海底各參數(shù)、海面噪聲源深度、海水聲速剖面、兩接收點(diǎn)深度和間距等因素對(duì)垂直相干的影響。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值模擬，利用噪聲場(chǎng)的垂直相干的“觀察值”與“計(jì)算值”相匹配的方法來(lái)對(duì)海底地聲參數(shù)進(jìn)行反演，并作反演結(jié)果的后驗(yàn)概率分析。其中，將遺傳算法作為反演過(guò)程的搜索算法。通過(guò)這幾部分的工作，可以得出以下結(jié)論： 1．噪聲場(chǎng)的垂直指向性能夠充分反映噪聲場(chǎng)中波導(dǎo)的基本傳播特性。各環(huán)境參數(shù)如海面源面積和源指向性、海水聲速剖面、海底類型等對(duì)聲傳播的影響，以及對(duì)噪聲場(chǎng)有貢獻(xiàn)的連續(xù)譜域與離散譜域，都可以在噪聲場(chǎng)的指向性中得到直觀的體現(xiàn)。但是，若想利用垂直線列陣獲得較好的指向性效果， 淺海風(fēng)成海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)及海底參數(shù)反演研究 則需增加垂直線列陣的陣長(zhǎng)及水聽器間距。 2.噪聲場(chǎng)各環(huán)境參數(shù)中，海面噪聲源深度以及海底各地聲參數(shù)(尤其是縱波 聲速、橫波聲速與沉積層厚度)與噪聲場(chǎng)兩接收點(diǎn)垂直相干特性的依存關(guān) 系明顯不同，因此，可以考慮利用噪聲場(chǎng)的垂直相干的“觀察值”與“計(jì) 算值”相匹配的方法來(lái)對(duì)海底地聲參數(shù)進(jìn)行反演。 3.用噪聲場(chǎng)垂直相干反演海底參數(shù)，并將遺傳算法作為反演過(guò)程的搜索算法。 計(jì)算結(jié)果表明，理想環(huán)境條件下，反演結(jié)果可以精確收斂于參數(shù)的“真實(shí) 值”;有干擾的情況下，各參數(shù)反演結(jié)果的不確定性與噪聲場(chǎng)垂直相干對(duì)參 數(shù)的靈敏程度基本對(duì)應(yīng)。這證明了反演方法及搜索算法的有效性。 4.實(shí)際海洋環(huán)境復(fù)雜多變，噪聲源、海底，甚至海水聲速剖面都可能與距離 有關(guān)。因此，為更為深入認(rèn)識(shí)噪聲場(chǎng)特性及利用環(huán)境噪聲場(chǎng)反演環(huán)境參數(shù)， 需要進(jìn)一步建立更為符合實(shí)際海洋環(huán)境的與距離有關(guān)的海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)模 型。
【學(xué)位單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：P733.22
【文章目錄】：
第一章 緒論
    1.1 概述
    1.2 海洋環(huán)境噪聲的基本特性
        1.2.1 海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)的時(shí)空特性
        1.2.2 海洋環(huán)境噪聲的譜特性
    1.3 風(fēng)成海面噪聲源噪聲場(chǎng)模型
        1.3.1 Cron與Sherman(C／S)模型
        1.3.2 Chapman模型
        1.3.3 Buckingham模型
        1.3.4 Plaisant模型
        1.3.5 Kuperman與Ingenito(K／I)模型
        1.3.6 Carey模型
        1.3.7 Perkins與Kuperman(P／K)模型
        1.3.8 CANARY模型
        1.3.9 WKBZ模型
    1.4 利用海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)特性反演海底參數(shù)
        1.4.1 用噪聲場(chǎng)的垂直指向性反演海底反射系數(shù)
        1.4.2 將垂直相干用于海底臨界角的反演
    1.5 本文的目的及主要內(nèi)容
第二章 淺海風(fēng)成海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)垂直指向特性
    2.1 概述
    2.2 無(wú)限大海面噪聲源噪聲場(chǎng)
        2.2.1 互譜密度的波數(shù)積分表達(dá)式
        2.2.2 互譜密度的簡(jiǎn)正波表達(dá)式
    2.3 有限面積的海面噪聲源噪聲場(chǎng)
        2.3.1 接收器位于面積源內(nèi)
        2.3.2 接收器遠(yuǎn)離噪聲源區(qū)域
    2.4 巴特勒特(Bartlett)波束形成
    2.5 噪聲場(chǎng)垂直指向特性
    2.6 小結(jié)
第三章 淺海風(fēng)成海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)垂直相干特性
    3.1 概述
    3.2 噪聲場(chǎng)兩接收點(diǎn)的垂直相干
    3.3 垂直相干特性分析
        3.3.1 海底各參數(shù)對(duì)垂直相干的影響
        3.3.2 噪聲源深度對(duì)垂直相干的影響
        3.3.3 聲速剖面對(duì)垂直相干的影響
        3.3.4 接收器深度與間距對(duì)垂直相干的影響
    3.4 小結(jié)
第四章 用垂直相干反演海底參數(shù)以及反演結(jié)果的后驗(yàn)概率分析
    4.1 概述
    4.2 遺傳算法
        4.2.1 遺傳算法的基本原理及特點(diǎn)
        4.2.2 遺傳算法的基本流程及描述
    4.3 目標(biāo)函數(shù)(代價(jià)函數(shù))
    4.4 后驗(yàn)概率分布的估計(jì)
        4.4.1 概率統(tǒng)計(jì)量
        4.4.2 后驗(yàn)邊緣概率估計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法
    4.5 反演實(shí)例
        4.5.1 理想條件下的反演結(jié)果
        4.5.2 低頻干擾下反演結(jié)果的后驗(yàn)概率分析
    4.6 小結(jié)
結(jié)束語(yǔ)
參考文獻(xiàn)
致謝
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本文編號(hào)：2837355