基于潛標(biāo)的甚低頻矢量聲場建模與試驗(yàn)研究.pdf

1、矢量水聽器可以空間共點(diǎn)、同步地測量聲場空間一點(diǎn)處的聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速的三正交分量,為水聲信號(hào)的處理提供了更為全面的聲場信息,也為解決水聲問題提供了新的思路和方法。隨著矢量水聽器制作工藝以及矢量信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,關(guān)于矢量水聽器的應(yīng)用研究已成為水聲研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要內(nèi)容。然而對(duì)海洋矢量聲場傳播物理特性的研究卻不多見,尤其是甚低頻矢量聲場及其試驗(yàn)研究工作就更少。潛標(biāo)作為矢量水聽器的一種工作平臺(tái),其水下工作期間必然受到諸如海流、潮汐、風(fēng)

2、浪等海洋環(huán)境的影響,使?jié)摌?biāo)體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、俯仰、傾斜等姿態(tài)變化,同時(shí)亦引起潛標(biāo)體自身的振動(dòng),這種平臺(tái)振動(dòng)耦合問題亦引起了水聲學(xué)者的重視。隨著水聲領(lǐng)域諸多方面對(duì)低頻矢量水聽器的需求,低頻矢量水聽器的水池校準(zhǔn)研究逐漸提上日程,因而有必要研究水池矢量聲場,以便為矢量水聽器校準(zhǔn)工作提供指導(dǎo)性意見。
　　 本文在回顧了矢量水聽器工程應(yīng)用及矢量聲系統(tǒng)研究、海洋矢量聲場及海底參數(shù)反演研究,以及水池測試技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,以矢量水聽器應(yīng)用為背景,對(duì)淺

3、海聲傳播矢量特性及海底參數(shù)反演、聲學(xué)潛標(biāo)綜合監(jiān)測技術(shù)和水池矢量聲場進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。
　　 結(jié)合海洋聲場簡正波理論,推導(dǎo)給出了淺海矢量聲場中聲壓、質(zhì)點(diǎn)振速和有功聲強(qiáng)的簡正波表達(dá)式,通過數(shù)值仿真研究了淺海甚低頻矢量聲場傳播特性,包括聲壓、質(zhì)點(diǎn)振速的傳播規(guī)律,以及聲壓與質(zhì)點(diǎn)振速間的相位關(guān)系,并以海試試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了聲場仿真分析結(jié)果。根據(jù)海洋矢量場中聲壓信息與質(zhì)點(diǎn)垂直振速信息可以互為補(bǔ)充,進(jìn)行了基于聲壓和垂直振速聯(lián)合處理的海底參數(shù)匹

4、配場反演研究。仿真分析了不同條件下,四種代價(jià)函數(shù)利用寬帶及單頻信號(hào)進(jìn)行匹配場反演時(shí)對(duì)海底密度與聲速變化影響的靈敏度情況,最后結(jié)合淺海矢量聲場海試數(shù)據(jù)進(jìn)行了海底參數(shù)匹配場反演工作。
　　 為研究潛標(biāo)系統(tǒng)水下工作期間潛標(biāo)體姿態(tài)和同步的潛標(biāo)體振動(dòng)情況,設(shè)計(jì)了潛標(biāo)水下綜合監(jiān)測系統(tǒng)。介紹了綜合監(jiān)測系統(tǒng)的基本構(gòu)成,給出了監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析理論,分析了三套潛標(biāo)水下綜合監(jiān)測海試數(shù)據(jù),通過同步數(shù)據(jù)的研究分析可為矢量水聽器懸掛裝置、潛標(biāo)體和錨系的優(yōu)化

5、設(shè)計(jì)提供依據(jù);另外,以簡化模型研究分析了矢量水聽器懸掛系統(tǒng)一級(jí)與二級(jí)減振系統(tǒng)彈性元件的減振性能,并利用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了試驗(yàn)測試驗(yàn)證。
　　 為便于低頻矢量水聽器水池校準(zhǔn)工作的開展,研究了水池低頻矢量聲場。針對(duì)水池聲場經(jīng)典聲壓場數(shù)值仿真時(shí)存在計(jì)算速率低的問題,提出了一種水池聲場快速計(jì)算方法,該方法將聲場計(jì)算三重?zé)o窮級(jí)數(shù)展開轉(zhuǎn)化為二重?zé)o窮級(jí)數(shù)展開,同時(shí)z方向的本征值通過x和y方向本征值確定。為避免數(shù)值溢出問題,給出了一種有效的解決措施。