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1、水下声场标量、矢量特征及其变化规律研究哈尔滨工程大学硕士学位论文水下声场标量、矢量特征及其变化规律的研究姓名：黄锐申请学位级别:硕士专业:水声工程指导教师:杨德森2012-03-17水下声场标量、矢量特征及其变化规律的研究摘要随着矢量水听器的出现，矢量信号处理技术得到较快速的发展，把原来已知标量信号声场特征拓展延伸至矢量领域。人们发现利用声矢量信号,无论在信号检测领域还是噪声测量领域，都可以获得比标量信号更高的信噪比。那么，声矢量信号在声场中的传播影响因素是什么其变化规律又如何特别是在浅海波导声场小的表现特征和变化规律，与标量声压信号相比
2、的异同之处，都是人们研究如何更好的利用声矢量信号的优势应回答的问题。显然，这些问题对于进一步完善与充实矢量声学的研究内容也具有特殊的意义。从我国海岸线绵延数万公里到经济专属区数百公里的区域，这大部分海域为浅海。因此，论文以浅海波导声场坏境为研究背景，结合射线声学理论和简正波理论,建立了基于虚源法和有限差分法的浅海波导矢量声场模型，给出了浅海矢量声场中声压和水平、垂直质点振速表达式。通过仿真计算在理想波导环境中当不同水平距离、深度距离和频率情况下，以及其它环境影响因索的情况下，如:粗糙边界、声速变化、海底不同介质、海底吸收等。讨论了射线模型
3、和简正波模型的声圧和水平、垂直质点振速在声场中的传播特性，分析声压与振速幅值和相位特征关系。进一步揭示了在低频波导简止波中声强的传播特性，并通过外场试验对理论结果进行了验证。论文研究了近场声能量传播特性，揭示了复声强齐个分量Z间的关系，以及各分量对声能量传播的影响。在此基础之上，进一步探索了声质点运动旋度的物理意义，通过仿真计算，分析在浅海环境下口标辐射矢量声场模型小声质点运动旋度随距离的变化情况。通过对声质点振速谱密度矩阵分解等方法，得到声质点运动转化表征,如:声波声质点运动转化程度、声质点转化比例成份、声质点转化量值'爛'等。通过仿真
4、，得到了声波质点运动转化程度、声质点转化量值'爛'与声质点转化比例成份的关系。关键词:转化;矢量声场;复声强;有限差分法;虚源法水下声场标量、矢量特征及其变化规律的研究,.・，？？第章绪论第章绪论•课题背景及意义现代海上战争，尤其是从年代末的海湾战争到近年來的美军对伊拉克战争和利比亚的军事行动等，都可以看岀如何第一吋间准确的获取敌方的特征信息,是海上战场中夺得制海权的关键一步。众所周知，潜艇作为当今海上战争中最具有威胁的战略战术武器之一，其杀手铜在于高隐蔽性的特点。探测水下潜艇是利用声学设备进行探测的，然而随着现代潜艇技术的辿猛发展，消声
5、瓦、浮阀隔振、机械精加工等技术相继出现和改善,潜艇的降噪技术不断提高，以致某些潜艇的水下辐射噪声级接近海洋环境噪声。安静型潜艇具有性能指标优异、静音程度高、系统设计结构突出等特点，其威胁性和重要性已经越來越受到关注,开发安静型潜艇也相继纳入世界各国海洋战略发展的口标Z一。对于潜艇技术的开发，一些潜艇大国如英、美、法、俄等都投入大量人力物力，并在控制辐射噪声技术方面取得了较大的发展。其中美国在世纪年代屮期?,将潜艇声源级从第二次世界大战时的降低到了；在年代末到年代初Z间，前苏联的核动力潜艇在减振降噪技术方面得到突飞猛进的发展，声源级在Z前的
6、基础之上降低了，同一时期前苏联的另一王牌潜艇一基洛级常规潜艇，其声源级也降低到的水平。由此可见，随着声隐身技术的不断提高,开展对潜艇信号检测和辐射噪声测量等方面工作带来不小困难，一方面，利用传统的声压水听器数组来探测水下目标方法的同时，应该对新的水下探测技术进行探索和开发。近年来随着矢量水听器技术的发展,利用声压和振速联合信息的矢量信号处理方法口益成熟，其改善声呐系统性能的效果显著。利用矢量水听器不仅能获得较高的信噪比，而且在不增大基阵孔径的前提下,提高了声呐的作用距离，改善FI标的方位估计精度,在保持整体性能相当的情况下实现基阵的小型化
7、。另一方面，通过在众多特征中找到其中最有效的一个或儿个特征，从而达到降低维数,实现提取特征的目的。一般的,通过传感器直接测量或计算出来的数据我们称为原始特征。但原始特征具有数据量大、维度高、干扰多等特点，不利于进一步研究,而特征提取时采用映像或变换的方式來对原始数据按照某种组合处理，以达到降低维度的目的,这大大提高了数据的可读性【。声场中的目标一般具有幅度、相位等相关特征，这些特征已经成为水下信息处理和潜艇辐射噪声探测等领域中重要的研究对象。同时,通过我国海洋地理可以看到，从海岸线绵延数万公里到经济专属区数百公里区域，这大部分海域为浅海。
8、因此，以浅海波导声场环境为研究背景,开展对水卜声场的标量与矢量表现特征及其变化规律的研究具有重要意义。水下声场标量、矢量特征及其变化规律的研究•矢量水听器在工程上的应用一般的，只能接收声场中声
