参量阵浅地层剖面探测技术研究.pdf

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1、分类号：密级：编号：UDC：工学博士学位论文参量阵浅地层剖面探测技术研究博士研究生：朱建军指导教师：李海森教授学科、专业：通信与信息系统哈尔滨工程大学2014年6月I II 分类号：密级：编号：UDC：工学博士学位论文参量阵浅地层剖面探测技术研究博士研究生：朱建军指导教师：李海森教授学位级别：工学博士学科、专业：通信与信息系统所在单位：水声工程学院论文提交日期：2014年4月22日论文答辩日期：2014年6月16日学位授予单位：哈尔滨工程大学 ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngTec

2、hnologyResearchonParametricSub-bottomProfilingCandidate:ZhuJianjunSupervisor:Prof.LiHaisenAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:CommunicationandInformationSystemDateofSubmission:April.22,2014DateofOralExamination:June.16,2014University:HarbinEngineeringUniversity 哈

3、尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交

4、论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日 参量阵浅地层剖面探测技术研究摘要浅地层剖面探测技术是海洋探测中最为重要的技术手段之一，可为海底地质调查、掩埋物探测、海底资源开

5、发、水下工程选址、港口建设及日常维护等提供直观的数据信息。参量阵具有小孔径基阵相控发射低频、宽带、高指向性、无旁瓣窄波束的技术特点，可有效解决线性浅剖声呐受低频工作机制限制而存在的横向分辨率低、混响与噪声抑制能力差等技术缺陷，在浅剖探测领域具有与生俱来的独特优势。根据参量浅剖探测技术的特点，本文重点从矩形孔径参量浅剖声呐辐射非线性声场建模与数值计算、参量浅剖声呐宽带发射技术以及线性调频参量浅剖信号处理等三个方面对参量浅剖探测相关基础技术开展研究工作，分别解决参量声呐声场预报、参量浅剖发射系统设计与有效实现、高信噪比线性调频浅剖信号处理等问题。针对参量浅剖探测

6、中使用的矩形孔径相控参量阵，采用KZK方程对参量声场进行建模与数值计算。推导了笛卡尔坐标系下的KZK抛物方程，并通过参数去量纲化法实现了扩散声场至非扩散声场的变换，在规范声场分布结构的同时优化了声场计算量；在分析得出时域法更适用于本文研究参量声场计算的前提下，基于算子分裂求解思想提出时域有限差分数值计算方法，并在非扩散声场中实现了自然指向性参量声场的建模与数值计算。以原频声场准直特性为依据，提出等效参量阵的概念并建立等效参量阵坐标系，通过等效参量阵自然指向性声场与参量阵相控声场间的等效关系，将相控参量声场的建模问题转换为等效参量阵声源条件的求解问题，实现了相

7、控参量声场的建模与数值计算，解决了KZK方程由于抛物近似而无法直接对相控参量声场进行建模的问题。以SES2000标准型参量浅剖声呐辐射相控参量声场为研究对象，计算机仿真与水池实验验证了声场建模与数值计算的正确性与有效性。参量阵技术和大功率宽带发射机技术是参量浅剖探测技术的重要组成部分，参量发射系统的有效工作是实现参量浅剖声呐优越性能的重要保障。在对浅剖用参量阵技术特点进行深入分析的基础上，论证得出Berktay模型更适合浅剖用参量阵设计，通过基阵优化设计分析并综合考虑基阵加工和发射系统实现的可行性，设计了一款中心频率40kHz、相对带宽50%、波束宽度3.2

8、°×3.8度、差频频率2~16kHz的原理参量阵。基