两种声场模型下环境参数对Scholte波传播特性的影响

为了研究海洋环境参数对Scholte波传播特性的影响,首先在Pekeris海洋声场模型的基础上,建立了含沉积层的两层海底声场模型;然后,基于波动理论给出了Scholte波频散特征的求解方法;最后,分析了两种声场模型下环境参数(纵波声速、横波声速、密度、沉积层厚度、海水深度)的变化对Scholte波传播特性的影响。结果表明:两种声场模型下Scholte波均存在低频截止和频散现象,且能量主要集中在一个波长深度内,沉积层中横波速度的变化对Scholte波相速度影响最大。     

水压场引起海底地震波的特征

将舰船水压场激励的海底地震波简化为液固多层半无限空间中集中力引起的地震波动问题,基于波数积分方法,通过FFP数值积分求解了海底表面声压、位移和加速度幅值,得到了海底表面声压、位移和加速度的频率特性曲线。结果表明,水压场激励的海底地震波频率很低,属于超低频波动信号;水压场引起海底表面的声压、竖直加速度和水平加速度在频域内基本呈现单峰型特征。     

基于粘弹性人工边界的点声源海底地震波ANSYS分析方法

航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,该波主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标.采用大型有限元软件ANSYS中的流固耦合计算模块,结合粘弹性人工边界条件,对水平分层海洋环境下低频点声源海底地震波进行了数值计算.数值计算结果与波数积分方法结果的比较表明:两种方法相应的声传播损失曲线和频率特性曲线变化规律基本一致,海底表面竖直位移、水平位移、竖直加速度和水平加速度的频率特性曲线吻合较好,说明大型有限元软件ANSYS中的流固耦合模块可用于低频点声源海底地震波问题的数值计算.     

浅海舰船地震波场仿真中的边界处理

为解决舰船地震波场数值仿真中的边界反射问题,结合浅海传播环境特征和舰船地震波激发机理,提出边界处理算法。采用交错网格有限差分法对一阶速度-应力方程进行数值离散;采用应力镜像法处理海水和空气的自由表面,采用分裂式完全匹配层法处理区域边界;将该模型应用于平行海底近场、远场以及倾斜海底的波场仿真算例中。仿真结果表明:加入边界处理后,自由表面的吸收和区域边界的反射有效减少,波场特征清晰,该算法符合浅海舰船地震波场数值仿真的边界处理要求。     

运动声呐海底混响建模及仿真研究

在水平不变海洋声道中,基于声源和接收器运动情况下窄带脉冲声传播表达式,导出了收发合置声呐在水平运动情况下的海底混响信号模型.针对模型仿真,提出了一种基于距离-方位角单元结构的混响时间序列仿真方法,该方法能够有效解决时延一多普勒单元内不同模态简正波相关散射系数难以表达的问题,并且实现了任意单元的时延一多普勒间隔小于额定分辨率.仿真结果的功率谱及概率密度分布情况显示了建模及仿真方法的有效性.     

浅海中球形声源诱发的海底地震波快速预报方法研究

针对浅海中球形声源诱发的海底地震波预报问题，提出了一种基于等效源-有限元联合法的快速预报方法。首先，基于波叠加原理，将球形声源的辐射声场等效为其对称轴上若干等效点源辐射声场的线性叠加，根据与球形声源表面上等效点源数量一致的场点振速匹配原则，确定等效点源的强度；然后，采用有限元法建立球形声源、浅海环境、边界条件的耦合动力学模型，计算相应源强下每个等效点源诱发的海底地震波场，并将其线性叠加快速求得球形声源诱发的海底地震波场；最后，从计算精度和效率两个方面，分别采用上述方法和有限元法，给出不同频率、不同海底底质时海水-海底界面上的法向应力级衰减曲线。结果表明：所提方法具有建模简洁、计算精度和效率高等特点，可用于快速预报浅海中球形声源诱发的海底地震波场。     

伪谱法模拟各向异性/非均匀介质中弹性波的传播

数值模拟一直是研究弹性波在复杂介质中传播问题的有效手段之一。各向异性问题和非均匀问题日益引起关注。伪谱法是近年来发展较快、建立在弹性波动方程基础上的一种数值模拟方法。它的主要特征是将波动方程中的空间微分变换成频域中的乘法运算 ,从而只需要较少的空间格点就可以得到较高的计算精度。介绍了伪谱法及其稳定性条件 ;编制了一个适合于小型工作站或者PC机的模拟地震波在二维各向异性均匀 /非均匀介质中传播的数值模拟程序 ,模拟了各向异性 /非均匀介质中弹性波传播理论 ,分析了裂纹以及各向异性界面对波传播的影响     

柔性长鳍仿生装置波动控制技术

以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模式的波动控制参数,并对柔性长鳍几种特定波动模式的实现方法进行了仿真研究;进一步,根据仿生装置的物理约束条件提出了控制参数的合法性判据;最后,研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制策略及其控制流程。研究结果表明柔性长鳍仿生装置通过合理设置控制参数能够模拟仿生对象的多种波动运动模式,并实现推进波的多参数控制,能够满足柔性长鳍多种波动参数下的非定常流体动力学测试的需要。     

浅海远程目标稳健方位估计方法性能分析

受浅海多途效应的影响,传统方位估计方法在空间谱上将出现谱峰偏离甚至分裂现象。针对这一问题,提出了一种新的浅海稳健方位估计方法。该方法将简正波模型与阵列信号模型相融合,推导出新的阵列源矢量形式,并结合矢量最优化对阵列源矢量误差施加有效约束,进而提高高分辨方位估计的稳健性。性能仿真分析表明:当存在海水跃变层深度、海水深度及声速梯度等不确定条件下,该方法均具有更高的主峰与旁瓣比以及更窄的-3dB波束宽度。     

浅海混响的建模与预报

建立了独立于传播模型之外的统一的浅海混响计算模型,分别给出基于简正波理论和波束跟踪理论的模型表达式.结合仿真算例和实验数据,进行了基于这两种理论的模型计算结果比较分析和实验验证.结果表明,统一的混响计算模型有利于基于不同的传播模型进行混响强度的计算,且具有明晰的物理意义;基于简正波理论与波束跟踪理论的模型计算结果吻合,使用这两种方法都能很好地预报实验结果.     

基于Kraken模型的海洋声场及相干性分析

海洋环境的复杂性和多变性严重影响着水下信号处理系统的性能,海洋声场研究及其相干性分析利于海洋中声纳设备有的布放,为海洋环境的相关场分析和声场的战术运用提供理论依据.射线模型、简正波模型、抛物线等模型分别适合于不同的海洋声场环境,以Kraken简正波模型为基础,完成对不同频率下典型的海洋声场计算与分析,得到不同条件下声场的传播损失图.海洋声场相干性分析侧重于声场水平纵向相干及垂直相干研究,结合其结构产生分别对纵向相干与声源深度及垂直相干与阵元间距等因素的关系展开讨论.研究表明:对不同频率下的声场传播损失的分析及海洋声场的水平纵向相干、垂直相干等问题的探究能够为海洋环境的相关场分析和声场实际应用提供一定参考.     

材料压剪加载的实验测试

利用Ｙ—切石英晶体的各向异性动态响应材料特性,实现对粘接在石英晶体后表面的材料试件的一维平面复合压缩剪切加载。用电磁质速法测试试件中不同位置上的质点在压剪加载下的运动情况。从处于粘接界面上的量计所测纵向质速史和横向质速史,可以看到压剪波传入试件中的清晰的两波（ＱＬ波,ＱＴ波）结构,与理论估计基本相符;其它位置上量计的测试曲线亦反映了材料对压剪波传播的动态响应特点,可以看到剪切波的衰减规律。     

直达波和杂波干扰下目标阴影逆合成孔径成像

对直达波和杂波条件下的阴影逆合成孔径雷达(SISAR)目标成像问题进行了研究。分析了直达波和杂波对侧影像畸变和运动补偿的影响,提出了一种新的直达波和杂波干扰下目标SI-SAR成像方法,即将回波信号与参考信号进行模拟对消,并利用目标回波的频谱特性剔除残留直达波,再对目标运动参数进行粗估计,采用粗搜索和精搜索2步实施准确的运动补偿,最终获得失真度较小的目标侧影像。仿真实验验证了算法的有效性。     

调整参数对喷射系统压力波特征参数的影响

用新研制的卡持式传感器及其测试系统,在高压油泵试验台上做了调整喷射系统喷油器循环喷油量、喷油开启压力和高压油泵转速的试验,测得了各种试验条件下的压力波、计算了压力波的特征值.在此基础上,研究了各调整参数对测量的电压波形及其特征参数的影响程度和规律;证明了外卡式传感器测量的电压波能真实地反映高压油管内的压力波动,可用于喷射系统各角度的动态测量.     

分层流体中水平运动潜体产生的内波分析

从线性化的Euler方程和连续方程出发,采用线性自由面条件,通过傅里叶变换法研究水平运动点源在分层流体中产生的内波.利用源汇分布法分析运动潜体产生的lee波,采用稳定相法计算远场速度.计算结果表明,高模态内波的波域角小于低模态内波的波域角,内波的波域角小于Kelvin波的波域角;随航速增大lee波主要表现为散波.     

反潜战系统的发展

在浅海区域影响反潜作战成功进行的一个主要问题是固有的高噪声环境因素。这产生于众多因素,其中包括光反射,来自海底或周围水面波的运动地理特征,如悬崖的声波反射,而且,在大运输量的地区,机械和螺旋桨产生高宽带噪声。     

间接边界元法模拟含裂纹介质中弹性波的传播

介绍了间接边界元法的基本理论,利用二维弹性动力边界积分方程解决了地震波在含裂纹介质中的散射问题。编写了地震波在二维非均匀介质中传播的数值模拟程序,模拟了爆炸点源在含裂纹介质中的传播情况,分析了裂纹的分布及填充物对波传播的影响。结果表明,边界元法是研究含裂纹介质中弹性波传播的有效工具。     

基于台风条件下海浪水压场建模仿真

为了研究特定海况等级和台风风级条件下的海洋环境水压场特征,并建立准确的物理场信号模型,首先验证了SWAN(simulating waves nearshore)模式推算台风浪的有效性,通过SWAN模式获取台风条件下某海域的海浪谱,并根据海浪谱密度求其海浪振幅谱;然后,由海浪振幅谱得到了海底压力振幅谱及压力功率密度谱、海底固定点水压场压力-时间历程。仿真结果表明:该模型可以将研究海况等级数由4级推广至8级,且在8级海况条件下的海浪水压场值最大可达12 kPa,有助于高海况条件下对水中装备进行性能测试。     

基于单地震波传感器的运动目标参数估计方法

远距离的强振源和近距离的弱振源在接收器中可能会引起相同的信号强度,从而使以检测能级阈值为主的目标区域判别方式造成误判,达不到良好的毁伤效果。利用单个三轴地震波传感器接收舰船航行时产生的水中和海底声信号对目标进行被动探测定位,与舰船产生的信号强度无关,与距离也无关,经理论分析表明:该方法能够检测出舰船的运动参数及从水雷上方通过的时间,从而确定水雷的最佳打击位置。     

多弯头管道磁致伸缩导波无损检测技术

为了研究超声导波在弯管中的传播特性及检测可行性,使用磁致伸缩导波仪器及传感器对多弯头管道进行了检测实验,并对弯管中导波的传播速度、模态转换、能量衰减等现象进行了探讨。结果表明:当弯管弯曲程度较小时,弯管中导波传播速度与直管中近似;弯管中导波存在明显的模态转换现象;弯管中导波能量随着时间近似呈指数形式衰减,且衰减规律与激励频率存在密切联系。该研究结果可以为复杂结构弯曲管道的导波检测提供参考。