浅海波导中目标对海面噪声散射建模和仿真

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1、浅海波导中目标对海面噪声散射的建模与仿真摘要在浅海波导环境中，海底和海面的存在会对声波的传播产生较大的影响，也会使波导中目标的散射特性与自由场相比发生较大变化。在传统的水声探测领域，环境噪声被认为是一种干扰，而在利用环境噪声对目标进行探测的理论中，噪声被当做有用信息。论文研究的主要内容是针对浅海平行平面层波导中的目标，把海面噪声源看作目标的激励源，对波导中的目标散射进行建模和仿真研究。论文首先研究了海洋环境噪声的构成及特点，指出噪声探测系统中应主要考虑来自海面的噪声，在此基础上将海面噪声源抽象为位于海面以下某一深度上的单极子源，从而构建了海面噪声源模型。然后结合浅海虚源理论，在海面噪声

2、源模型的基础上，构建了浅海波导噪声源模型。最后利用经典的目标散射理论以及格林函数在球坐标系下的展开式，结合软硬球形目标的边界条件，推导出了浅海波导噪声源模型中球形目标存在时的噪声场协方差表达式。论文对海面噪声作为激励下的球形目标散射方向性图，能见度图以及散射噪声方位角的相干性进行了计算机仿真，并对仿真结果进行了分析。仿真结果为噪声探测声纳的设计提供依据。论文的最后介绍了水池实验，实验结果与仿真结果在趋势上吻合，从而部分验证了模型的正确性。关键词：波导；散射；水声探测；海洋环境噪声；虚源；格林函数；噪声场协方差浅海波导中目标对海面噪声散射的建模与仿真浅海波导中目标对海面噪声散射的建模与仿

3、真ABSTRACTComparedwiththefreefield，theseabedandsurfacehavelargeinfluenceonpropagationofacousticwave，alsomakethescatteringcharacteristicsofthetargetchangelargelyinashallow-waterwaveguide．Inthetraditionalunderwateracousticdetectionfield，environmentalnoiseisconsideredtobeadistraction，whileambientnoi

4、seisregardedasusefulinformationwhenusingunderwaternoisefortargetdetection．Thisdissertationpresentsathoroughandsystematicstudyonthetargetscatteringmodelingandsimulationwhichregardsthesurfacenoisesourceasexcitationsourceintheshallow．waterplane—parallellayerwaveguide．Paperresearchesoncompositionand

5、characteristicsoftheoceanambientnoisefirstly,pointsoutthatthenoisefromseasurfaceshouldbeconsideredasusefulacousticsourceinthenoisedetectionsystem，onthisbasisabstractstheseasurfacenoisesourcetobemonopolesourceslocatedonacertaindepthbelowseasurface，therebybuildsthesurfacenoisesourcemodel．Thenbased

6、onsurfacenoisesourcemodel，paperbuildsthewaveguidenoisesourcemodelcombinedwithvirtualsourcetheoryinshallowwater．Lastly,usingclassicaltargetscatteringtheoryandGreen’Sfunctionexpansionsinsphericalcoordinates，combiningwithsoftandhardboundaryconditionsofthesphericaltarget，thepaperdeducesnoisecovarian

7、ceexpressionwithsphericaltargetwhichexistsinshallowwaterwaveguidenoisesourcemodel．Thepaperhassimulatedthesphericaltargetscatteringdirectionaldiagram，visibilitydiagramundertheexcitationofsurfacenoiseandanalyzedthesimulationre