波导中水下声传播的建模与仿真

波导中水下声传播的建模与仿真

一、水声在波导中传播的建模及仿真研究(论文文献综述)

蒲佳琪[1](2021)在《海洋环境动态变化对水声信道的影响分析》文中研究表明信息化时代的到来,人类对于通信的研究逐渐从陆地和空中向浩瀚无边的海洋领域发展。由于海洋资源开发规模的不断扩大以及水上军事行动的日益增加,将海洋介质作为声信号传输通道的需求大大增加,但外场海上试验存在高成本、周期长等实际问题,因此建立适合特定海域环境的时变多径水声信道模型,对于实际海上测量具有一定的指导意义。本文主要建立适用于南海海域的时变多径水声信道模型,从而分析南海海域环境变化对水声信道特征的影响,研究内容如下:对南海海域全年的温盐再分析产品和全球地形高程数据进行预处理,主要包括海水中的声速值和海底地形形态,以此作为海洋三维环境下的动态参数,在一定程度上还原南海实际的海洋环境状态。分别建立具有慢时变与稳定特性的大尺度信道模型和具有快时变与随机特性的小尺度信道模型。以南海海洋三维环境下的动态参数作为数据基础,建立基于大尺度效应的水声信道模型,实验仿真结果表明,对于南海水体环境来说,使用高斯波束跟踪方法的BELLHOP3D模型相较于几何路径模型具有更好的仿真性能;以BELLHOP3D模型仿真结果作为大尺度效应背景场的信道模型,对每簇声线路径叠加上小尺度效应,使微路径产生扰动影响,提出了叠加小尺度效应的水下信道轻量化模型的仿真方法。从信道脉冲响应、信道传输矩阵、瞬时信道增益角度进行实验仿真,结果表明统计等效模型在反映南海海域水声信道时变性方面更具优势。利用本文建立的适用于南海海域的时变多径水声信道模型,结合四季和海域位置的变化,统计分析了南海海域的环境动态参数变化对水声信道特征的影响。

祝扞皓,朱军,唐骏,张海刚,郑广学[2](2020)在《沉积层声学特性对浅海低频声场分布的影响》文中研究表明已有对浅海低频水声场的讨论多是关注声能量在水体中的分布特性,对水体下沉积层、基底中低频声传播的同步研究相对较少。本文基于波动方程,在柱坐标系下推导了一种浅海水体/海底统一波导下低频声能流的计算模型,在此基础上结合具体仿真算例与波动理论阐述了不同沉积层声学参数对声场能量分布的影响规律及机理。仿真结果表明,在沉积层纵波声速>水中声速>沉积层横波声速的前提下,沉积层中密度与纵波声速数值越大,声能量越趋于保留在水体中而不向海底泄漏,横波声速的影响正好相反;沉积层厚度增加到一定量后,基底对流体层中声传播的影响可近似忽略不计。

姜景宁[3](2020)在《分布式MIMO声呐目标检测和成像方法研究》文中指出水下目标探测包括检测、定位、跟踪和识别四个方面。与被动目标探测相比,主动声呐探测除了受目标信号散射起伏和水声信道的空-时-频变化影响外,还受到混响干扰的限制,导致在浅海环境,传统的单基地或双基地声呐探测性能下降。分布式多输入多输出(multiple input and multiple output,MIMO)声呐利用空间分集,通过非相干处理,在提高对目标检测性能与定位精度的同时,增强探测的稳健性。由于发射机和接收机在空间上充分分开,分布式MIMO可以获得目标在不同方位的散射信息,对目标进行逆散射成像。本文首先研究分布式MIMO声呐信号模型。主动声呐探测系统需要在混响中分辨目标回波,提升信混比。因此,本研究从发射端的有效照射和接收端高分辨处理两方面入手。根据声呐方程,有效照射就是将发射能量集中在所感兴趣的目标,减少发射能量泄露到混响区域。为此,侧重研究分布式时反MIMO声呐和分布式相控MIMO声呐。通过发收互动的迭代方式,将发射能量聚焦在目标处,从而抑制混响、提高信混比。在接收端高分辨处理中,将宽带波束形成和时域匹配滤波的输出进行二维解卷积处理,减小模糊度函数的主瓣宽度,并降低其旁瓣级,提高水平均匀接收线阵在角度-时延平面内的分辨力,实现从混响中有效辨识目标回波信号。该方法与分布式MIMO处理相结合能进一步提升声呐系统的目标检测和定位性能。在目标检测和定位的基础上,本文着重研究了分布式主动探测系统的逆散射成像问题。水声探测中的目标,通常是由若干个简单流线型物体组合而成,其散射特性与角度、频率和目标形状尺寸相关。传统主动声呐探测研究中,将目标看作具有特定散射强度的点目标,忽略散射波包含的与目标形状相关的信息。在散射声场模型研究中,本文推导了波导下垂直放置的有限长实心刚性圆柱体的散射声场,并研究环境参数和目标类型对成像质量的影响。在对目标定位后,根据宽带信号照射目标的回波信息,运用逆散射成像方法反演球体和圆柱体的截面形状。与自由场情况不同,浅海波导中目标散射的模耦合转换和多模传播会导致成像结果中出现失焦和重影现象。针对此问题,本文提出基于相位共轭信道解卷逆散射成像方法和基于稀疏重构的信道解卷逆散射成像方法,实现了对目标边界高分辨重建。其中前者采用时反传播的思想,降低水声信道对逆散射成像的影响。后者利用水声信道的稀疏性,通过辨识多径分量,分析多径在角度-时延上的分布特征,解决多径效应导致的重影现象和多径传播的群速度小于声速导致的失焦现象。运用稀疏重构方法对目标回波的高分辨,能进一步抑制旁瓣、提升成像质量。同时,也可以解决因多径导致分布式MIMO声呐正交波形相关性增大问题。计算机数值仿真和试验结果证明了本文提出的分布式MIMO声呐相对于双基地声呐在抑制混响、提高目标定位精度上有优势。与常规波束形成相比较,二维解卷积波束形成方法在角度-时延平面内有更高的分辨力。在实现目标定位的基础上,试验结果也验证了本文所提出的逆散射成像方法的有效性。

闫福平[4](2020)在《波导环境下矢量水听器定位技术研究》文中研究说明水声目标定位技术在民用和军用领域都起着重要的作用,如何有效地对海洋波导环境下水声目标定位一直都是水声行业的重点研究方向。传统的水声定位方法忽略了波导环境的影响,导致应用到海洋波导环境中定位性能不佳。鉴于此:本文从海洋环境模型入手,结合水声信号传播模型,着眼于海洋信道传输函数信息,对波导环境下声源定位进行研究。具体工作如下:介绍了波导环境下水声接收模型,阐述了水声传播过程。利用简正波理论和射线声学理论分别对矢量声场进行建模,分析声场的特点,为后续定位算法的研究提供了基础。研究了矢量匹配场定位技术和矢量时间反转镜定位技术,利用接收信号所包含的真实声场相位信息与拷贝场相位信息进行匹配相关,同时对匹配相关的方式做了更深入的研究。依据工作原理进行矢量匹配场定位与矢量时间反转镜定位仿真、误差分析和环境失配影响分析,并且利用试验数据验证了匹配场定位技术的可行性与实用性。针对实际海洋环境的未知性、测量难度以及测量误差等难题,研究了GRNN(General Regression Neural Network,广义回归神经网络)声源定位技术,利用已接收训练集信号的频谱信息,进行神经网络训练,得到最佳扩散因子,代入到测试集信号中,对水声目标进行定位。研究了矢量GRNN定位技术,利用矢量水听器独有的阵列流型及共点接收声压与振速信息,且能有效降低各向同性噪声的优异特点,提高目标声源定位性能。最后通过试验数据验证矢量GRNN定位技术的可行性与实用性。研究表明:在海洋波导环境下,匹配场定位技术和时间反转镜定位技术能更有效地利用声场信息,提高波导环境下声源定位性能;将矢量信号处理思想和以上两种算法结合,较声压处理有较好的定位效果;针对上述两种算法对海洋参数以及声场建模要求的严苛性,利用GRNN定位技术学习海洋信道知识,提高了定位精度和稳健性,也大大提高了实用性。

刘亚琴[5](2020)在《利用地声进行水中目标被动测距的可行性研究》文中研究说明水中目标的被动测距一直是水声学研究领域的重要方面,Scholte波作为一种界面波,沿海水-海底分界面能够远距离传播,这一特性为海洋目标定位提供了可能的应用前景。为此,本文致力于利用地声对水中目标进行被动测距的研究。在浅海环境,人工爆炸声源(如TNT等)和舰船辐射噪声是海上实验常用的地声界面波激发源,具有频段范围较宽、信号特征明显等优点,故本文仅针对这两种典型的声源进行定位研究。首先,本文针对具有弹性海底的Pekeris模型以及在此模型上加入均匀弹性沉积层、非均匀弹性沉积层三种典型环境下进行声场的建模研究,仿真分析三种典型环境下Scholte波的频散特性,并对声矢量场特性进行了研究,为基于地声信号进行目标定位提供理论基础。然后在具有弹性海底的Pekeris模型下,针对宽带脉冲信号,构建海底界面处垂直波阻抗(声压与垂直振速之比)与声源位置信息的解析表达式,基于粒子滤波算法,对宽带脉冲声源进行定位。最后针对舰船目标,基于匹配场定位原理,定义代价函数为海洋波导频谱峰值对应的频率与海底界面处接收信号的频谱峰值对应的频率差值,对舰船目标进行定位。理论仿真和实验数据处理结果证明了针对宽带脉冲声源和舰船目标提出的定位方法的有效性与准确性。论文具体研究内容如下:1.典型环境下声场的建模及特性研究针对具有弹性海底的Pekeris模型以及在此模型基础上加均匀弹性沉积层、非均匀弹性沉积层三种典型环境下进行了声场的理论建模,其中在具有非均匀弹性沉积层的环境下,针对纵波声速n2线性分布、横波声速平方线性分布的变参数弹性沉积层,由于纵波与横波声速随深度变化引起耦合,所以详细推导了该环境下声场势函数的近似解析解。仿真及实验数据处理结果表明,由于纵波与横波之间的耦合导致本征值减小,对远距离声场影响较大,考虑耦合可以提高远场声场预报精度。此外,研究了三种典型环境下Scholte波的激发以及频散特性。最后,理论推导了声矢量场的表达式,理论和仿真结果表明声压与水平振速的传播规律基本一致,而声压与垂直振速的传播规律相差较大,二者联合得到的垂直波阻抗随着距离起伏较大,包含了更丰富的声场信息,为基于垂直波阻抗对声源进行定位提供了理论基础。2.利用地声信号对爆炸声源进行定位针对爆炸声源,分别基于Scholte波频散特性和海底界面处垂直波阻抗进行了被动定位研究。爆炸声源为宽带脉冲声源,由于Scholte波频散特性,利用Scholte波不同频率处到达时间差以及群慢度差对距离进行估计,此种方法由于没有涉及声源深度信息,故而无法对声源深度进行估计。在利用海底界面处垂直波阻抗进行定位研究时,利用垂直波阻抗与声源位置的关系,将垂直波阻抗作为测量向量,构建测量方程,基于粒子滤波算法对声源进行定位,仿真和实验结果证明了方法的有效性。此外,仿真对比了声压作为测量向量时的定位性能,结果表明当声压作为测量向量时,声源深度将影响算法定位的准确性,而当垂直波阻抗作为测量向量时,算法的定位性能不受声源深度的影响。3.利用舰船辐射噪声对舰船进行定位舰船航行过程中,接收信号的频谱峰值对应的频率可以看作是海洋波导频谱峰值对应的频率受到目标声源频谱与声源位置(深度、距离)的共同作用的结果,定义接收信号的频谱峰值对应的频率与海洋波导频谱峰值对应的频率差值为代价函数,当代价函数最小时即为目标声源的深度与距离,仿真和实验处理结果表明该定位方法的有效性。在典型的声速剖面情况下进行仿真,结果表明方法能够有效进行目标距离估计,但是在深度估计时会出现多值现象,增加所选频段范围能够有效减少多值现象的出现。此外,无论辐射噪声功率谱是单纯的连续谱或是连续谱叠加线谱,仿真结果均表明定位方法能有效估计目标距离,当辐射噪声功率谱叠加线谱时会降低方法的定位精度,但可以通过增大使用频段范围提高方法的定位性能。

杨小黎[6](2020)在《结构声学材料反向声散射特性研究》文中认为水下航行器,尤其是潜艇的隐蔽性问题一直以来都是各国海军关注的重点,为降低敌方声呐的作用距离,既要减小水下航行器对主动探测信号的反射,也要降低水下航行器本身的自噪声。在水下航行器表面敷设声学覆盖层,是有效提高水下航行器隐蔽性,保证生存率的重要手段之一。相应地,对于已敷设声学覆盖层的水下航行器的目标特性研究所面临的问题也愈发复杂多样。在与之相关的研究中,准确输入水下航行器表面的声学覆盖层性能参数,才能实现对水下航行器辐射噪声、目标强度的精准预报。依靠当前的声学性能参数进行的目标强度预报往往与实际情况间存在一定差距,为了提高这类输入参数的有效性,本文提出了结构声学材料的反向声散射系数这一参数。本文依据基于二维傅里叶变换的平面波分解理论,定义了平面波斜入射条件下无限大平板结构声学材料的反向声散射系数,将其作为衡量结构声学材料特性的补充参数。通过有限元软件COMSOL建立多种结构材料模型,进行大量数值计算,对仿真声场作周期性数据扩展后在波数域进行平面波分解,能够计算得到各方向声散射系数并从中提取反向声散射系数。进一步计算分析了在多个频率及入射角度下结构材料的声散射情况,对不同材料、不同空腔形状及空腔分布的结构材料的反向反声性能进行了对比分析研究。

徐亮[7](2020)在《深海甚低频声场特性建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理资源问题是人类发展的主题,随着陆地资源的日渐枯竭,向海洋发展将成为人类未来千年发展的主题之一。地球超过百分之七十的面积是海洋,绝大部分海洋深度超过两千米。目前进行深海探索的有效手段局限在水声领域,而水声领域以往的声路径仅考虑SOFAR声道和高频近似下的海底反射路径,忽略了通过海底的声传播路径。本文从试验、声传播理论模型、声场仿真模型三个方面进行研究,更新了相关理论模型并对试验结果进行一定的解释分析。具体研究内容如下:海底途径到达的波动现象类型较多,需要考虑波的特征和波导参数才能进行分类。目前没有文献系统的给出完整的分类和模型。针对这一问题,本文首先对途经海底界面的主要波动现象进行建模分析。在仿真模型方面,研究了非均匀网格技术和完美匹配层技术,采用该改进方法可以提高程序的稳定性,从而在计算深海甚低频声场时更为稳定。对于界面声场仿真,可以保持计算速度不变的情况下增加计算精度和稳定性。随后本章推导了界面波的椭圆极化性质,介绍了极化分析方法,并分析了一段实验数据的质点位移轨迹和极化性质,利用极化分析结果计算信号的空间方位。最后详细介绍试验设备布放、声源类型、接收信号等情况,将试验中海底地震仪(OBS,Ocean Bottom Seismometer)和矢量水听器接收到的海底途径到达的信号分为三类,从理论模型上给出分析和分类。

朱军[8](2019)在《基于有限元方法的海洋声传播特性研究》文中研究表明海洋声场仿真是研究声信号在海洋中传播规律的主要途径之一,近几年来随着研究者们对海洋声场建模环境要求的日益提高,因此所构建的海洋声场模型越来越符合实际海洋环境中的参数以及地形特征。但对于传统的海洋声场计算模型而言,由于在进行计算声场计算时对波动方程理论做了一定的近似以及假设,使得传统的声场计算方法对于复杂海洋环境模型下的声场计算时往往无法准确地求解出与实际声传播特性规律相匹配的结果。在本文中将选用有限元方法来计算声信号在复杂海洋模型下的声传播特性,验证了所构建的海洋声场模型在使用有限元方法计算的准确性。并且考虑在实际存在海底剪切波影响下的倾斜海洋环境中对声传播规律的影响;以及构建三维海洋声场模型,分析存在孤立子内波物理海洋现象下对声信号传播的影响。研究主要结论如下:(1)对于使用有限元方法计算二维以及二维轴对称模型下的声传播特性,所计算得到的结果与传统的声场计算方法RAM以及COUPLE计算得到的结果存在一定的差异,但与当前在计算精度较高的全局耦合简正波模型(DGMCM模型)的计算结果完全一致。证明了使用有限元方法能计算出比传统声场计算方法更加精确的解。(2)考虑声信号在具有海底剪切波影响的上坡以及下坡弹性海底环境中传播时,可以发现在改变声源频率、海底地形以及海底声参数会对声信号的传播规律特性有着明显的影响。当声信号在上坡弹性海底环境传播时,会出现声能量从水体向海底进行“泄露”的情况,并且观察到声能量泄露的数量与声源频率以及声源所处的海水层深度成正比。而当声信号在下坡弹性海底环境下进行传播时,能发现有一定的声能量会在海水-海底界面以界面波的形式进行传播。(3)对于声信号在存在孤立子内波影响的三维声场环境下进行传播时,能明显的观察到随着孤立子内波在时间特性上的移动,对声信号在垂直分量上的传播方向偏转影响保持着不变;并且由于孤立子内波对声信号传播的三维效应影响,在水平分量上随着声传播方向与孤立子内波波阵面夹角的增大,声信号所拥有的能量在减弱,并且由孤立子内波所引起的声信号在水平分量上的偏转角度在增大.这些研究为了探究如何仿真声信号在具有实际复杂参数分布以及地形下的声传播特性起到了推进的作用。同时为研究声信号在弹性海底模型中传播的影响规律变化以及分析在三维模型中孤立子内波的存在对声信号的声传播影响这两部分海洋声传播规律的研究提供了一定的参考结论。

李金谕[9](2020)在《浅海环境下目标低频声散射预报方法研究》文中进行了进一步梳理浅海波导中的目标声散射问题较为复杂,但一直备受关注。早期学者通过忽略声源与目标间的多次散射或将边界条件理想化来给出解析解,实现波导内目标散射声场的计算,而现在的学者不仅考虑给出更为准确的结果,同时还将计算的效率问题计入考虑范围。本文针对浅海环境下目标低频散射声场的预报问题,根据多物理场耦合有限元计算理论、简正波理论及本征函数的正交性,建立了浅海波导中目标低频散射声场预报的理论模型,提出了快速预报声场的复合方法:有限元耦合简正波理论。该方法首先利用有限元理论完成一定计算域内的耦合理论计算,再利用本征函数的正交性实现有限元理论到简正波理论的过渡,最后通过简正波理论得到波导内任意场点的声场,该声场经处理后即得到最终的目标散射声场。该方法的核心在于正交分解面的参数设置与入射声场的处理问题。本文利用多个算例模型,考虑几何、材料、多物理场、准确性、效率等诸多因素,分析得到了正交分解面的参数配置设置规律:有限元计算区域只需包含声源和目标,正交分解面上的取点间隔仅需同有限元剖分流体域网格规律相同,即六分之一的波长。针对入射声场的三种处理方法:相减法、基于边界元的散射声场分离法和基于傅里叶变换的声散射场分离方法,各有优缺点。对于数值计算仿真来说,相减法最为方便,而对于实际声场处理问题,基于边界元的散射声场提取方法更为有效。在最优配置的前提下,本文进行了典型波导中的典型结构目标散射声场的数值计算。计算结果表明:界面对目标散射声场存在较大影响;当目标为壳体结构,特别是里面是空气或水时,目标散射声场受到影响较大;目标靠近界面的距离不同,所受到的影响也不同,但频率越低影响越小;三维声场每一个方位角下的散射声场均不相同,考虑实际环境时,很少可以简化为二维轴对称模型来做;不同的海底性质、不同的声速梯度对目标散射声场均有影响。最后本文通过试验结果说明本文数值计算方法的有效性,并给出了声场分布规律。

李鹏[10](2020)在《近浅海中被动声呐目标探测关键技术研究》文中提出在近浅海海域中,由于港口要塞,交通要道等位置的过往船只多,使得被动声呐,常常工作在多目标,多干扰,低信噪比条件下。因此在目标探测时常会面临以下三个问题:一是多目标条件下,常规处理算法分辨力的不足;二是海面干扰多、强度大,严重影响对水下目标的探测;三是难以区分探测到的目标是水面还是水下目标。因此,多目标高分辨技术、强干扰抑制技术,以及水面水下目标分辨技术等是浅海海域中被动声呐目标探测的研究重点。本文从接收信号的相位结构出发,分别利用空域相位结构、频域相位结构、模态域相位结构,以及波数域相位结构来研究以上三方面的技术问题,建立了相关算法模型,针对各种复杂条件和模型参数,在理论分析的基础上,开展了大量仿真数据分析,进行了海上试验数据验证,取得了良好效果,对提升被动声呐目标探测性能具有重要意义和工程应用价值。针对浅海海域目标多,干扰多的问题,本文在高分辨关键技术的研究上,从多种角度给出了具体解决途径:一是针对现有逆波束算法的旁瓣问题,从空域相位结构的角度进行重新分析,改变传统的协方差矩阵Toeplitz平均过程,提出了一种改进的逆波束形成方法,仿真和海上试验数据验证表明,该方法可以在提高目标方位分辨力的同时,不会引入旁瓣和干扰项,保证了对弱目标的探测能力,改善了现有逆波束形成方法的性能。二是从频域相位结构的角度,提出了一种基于频率分集技术的被动声呐目标方位估计算法,利用接收信号的频域相位结构,通过频率间的相位补偿或重构,来提升多目标方位分辨力,降低栅瓣级和增强方位估计的稳健性。根据双阵元、线列阵,以及互质阵三种不同的应用背景,分别给出了算法原理的推导过程和算法性能的理论分析,通过大量仿真和海上实验数据验证,证明了所提出算法的有效性和稳健性。针对海面干扰影响水下目标探测的问题,在水面干扰抑制关键技术的研究上,从浅海波导理论出发,首先分析了简正波传播过程中的频散特性和模态强度随深度和传播距离的变化特性,给出了利用频散特性的warping变换及模态滤波方法。在此基础上,研究了用于垂直阵的三种基于模态分布的海面干扰抑制方法。由于垂直阵的应用场合受限,进一步提出了用于水平阵的水面干扰抑制算法。在理论和仿真分析了水平线阵和水平圆阵在模态分解技术区别的基础上,提出了基于水平圆阵的干扰抑制方法,根据模态域波束形成算法计算各阶模态的方位估计结果,利用模态分布特性,使用多阶模态估计结果对常规方位估计结果做修正,达到抑制水面干扰的目的。仿真和实验数据验证表明,基于圆阵的模态强度提取和干扰抑制效果比水平线列阵效果更好。针对水面与水下目标的辨识问题,在水面、水下目标分辨关键技术的研究上,本文从水声物理(模态特征)角度,提出了两种用于水平阵的水面水下目标分辨方法。第一种方法是基于水平线阵的模态域相位结构,使用模态域波束形成来估计各阶模态强度,并使用匹配模态处理对目标深度进行估计。这种算法虽然可以给出目标深度的估计结果,但是需要较多条件,如多模态数,较大的孔径,海洋环境参数以及目标方位等。第二种方法是基于信号的波数域相位结来计算f-k域能量分布,并根据分布特征来分辨水面、水下目标,其利用的原理也是不同深度的目标在模态域能量分布上存在区别。虽然这种方法不能给出准确的目标深度,但是与现有的基于浅海波导理论的深度辨识算法相比,可在水平阵列孔径小、海洋环境信息少的条件下,较好分辨水面目标和一定深度以下的水下目标,更加适合实际应用背景,而且不受目标运动工况(造成信号变化)的影响,具有物理机理上的稳健性。

二、水声在波导中传播的建模及仿真研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、水声在波导中传播的建模及仿真研究(论文提纲范文)

(1)海洋环境动态变化对水声信道的影响分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 声场模型的研究现状
        1.2.2 水声信道模型的研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 海洋环境数据预处理与分析
    2.1 引言
    2.2 海水中的声速值
        2.2.1 声速剖面与传播模式
        2.2.2 数据处理与分析
    2.3 海洋底部的地形形态
        2.3.1 南海海底地形与反射损失
        2.3.2 数据处理与分析
    2.4 水声信道的物理效应
        2.4.1 多径效应
        2.4.2 传播损失
        2.4.3 起伏效应
        2.4.4 多普勒频移
    2.5 本章小结
第3章 基于大尺度效应的水声信道建模研究
    3.1 引言
    3.2 基于几何路径结构模型的大尺度信道建模
    3.3 基于BELLHOP3D模型的大尺度信道建模
        3.3.1 BELLHOP3D算法原理
        3.3.2 BELLHOP3D算法的建模过程
    3.4 实验参数设置及仿真结果分析
        3.4.1 实验参数设置
        3.4.2 实验仿真结果分析
    3.5 本章小结
第4章 叠加小尺度效应的水下信道轻量化建模研究
    4.1 引言
    4.2 基于直接简化算法的小尺度信道建模
    4.3 基于统计等效模型的小尺度信道建模
        4.3.1 建立统计等效模型
        4.3.2 仿真计算过程
    4.4 添加运动诱导多普勒效应
        4.4.1 建立多普勒模型
        4.4.2 模型仿真分析
    4.5 实验参数及仿真结果分析
        4.5.1 实验参数设置
        4.5.2 实验仿真结果分析
    4.6 本章小结
第5章 南海海域水声信道特征规律的统计分析
    5.1 引言
    5.2 海洋声传播特征变化规律分析
        5.2.1 海面声速值分析
        5.2.2 传播损失分析
        5.2.3 声线传播轨迹分析
        5.2.4 到达时间矩阵分析
    5.3 时变多径水声信道特性规律分析
        5.3.1 脉冲响应分析
        5.3.2 信道增益分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得创新性成果
致谢

(3)分布式MIMO声呐目标检测和成像方法研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
1 绪论
    1.1 研究背景及立题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 MIMO声呐探测系统研究现状
        1.2.2 水下目标建模研究现状
        1.2.3 散射波分析与声成像问题研究现状
    1.3 论文研究内容
        1.3.1 分布式MIMO声呐信号模型与处理方法研究
        1.3.2 浅海波导中目标建模与逆散射成像方法研究
    1.4 论文组织结构
2 分布式多输入多输出声呐探测系统模型
    2.1 主动声呐信号模型
    2.2 声传播模型
    2.3 混响模型分析
    2.4 主动声呐波形设计
        2.4.1 波形评价准则
        2.4.2 主动探测波形分析
    2.5 分布式MIMO声呐信号模型
        2.5.1 分布式定位算法
        2.5.2 分布式时反-MIMO探测系统
        2.5.3 分布式相控-MIMO探测系统
        2.5.4 仿真研究
        2.5.5 湖上试验研究
    2.6 本章小结
3 自由场中圆柱体散射声场建模与成像分析
    3.1 声散射问题简析
    3.2 刚性实心圆柱体声散射模型
    3.3 刚性实心圆柱散射波时域特征分析
    3.4 逆散射成像算法分析
        3.4.1 反射层析算法
        3.4.2 反向传播逆散射成像算法
    3.5 不同ka情形下,对圆柱成像结果分析
        3.5.1 单频脉冲信号照射圆柱的成像结果
        3.5.2 宽带脉冲信号照射圆柱的成像结果
    3.6 MIMO系统下成像仿真分析
    3.7 本章小结
4 波导中物体散射声场建模与逆散射成像
    4.1 波导中规则形状散射体的声散射场建模与分析
    4.2 波导中有限长圆柱体的散射声场分析
    4.3 声呐方程模型
    4.4 波导环境对散射成像的影响
        4.4.1 刚性实心圆球逆散射成像
        4.4.2 目标为有限长刚性实心圆柱体时成像结果
    4.5 本章小结
5 基于分布式MIMO声呐的逆散射成像
    5.1 波导中信道解卷积成像方法
        5.1.1 使用单水听器接收时信道解卷积逆散射成像
        5.1.2 使用垂直阵列接收时信道解卷积逆散射成像
        5.1.3 使用水平线阵接收时信道解卷积逆散射成像
    5.2 基于MIMO声呐的逆散射成像
        5.2.1 MIMO声呐下的信道解卷积成像
        5.2.2 基于稀疏重构的信道解卷积成像
    5.3 本章小结
6 分布式MIMO声呐定位与成像实验研究
    6.1 实验环境与实验设备
    6.2 实验概述
    6.3 数据处理与结果分析
        6.3.1 目标定位结果分析
        6.3.2 目标成像结果分析
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 总结
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
作者简历及在学期间科研成果

(4)波导环境下矢量水听器定位技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 波导环境下声场建模现状
        1.2.2 矢量水听器发展现状
        1.2.3 波导环境下声源定位现状
    1.3 论文主要研究内容
第2章 水声传播模型
    2.1 波导环境下水声信号接收模型
    2.2 波动方程及其求解
        2.2.1 波动方程
        2.2.2 波动方程定解条件
    2.3 简正波模型
        2.3.1 理论部分
        2.3.2 简正波模型的矢量场算例
    2.4 射线模型
        2.4.1 理论基础
        2.4.2 适用条件
        2.4.3 海洋矢量多途信道简介
        2.4.4 海洋多途信道算例
    2.5 本章小结
第3章 波导环境下矢量匹配场定位技术
    3.1 匹配场处理技术
    3.2 匹配场处理器分类与简析
        3.2.1 线性匹配场处理与自适应匹配场处理
        3.2.2 窄带匹配场处理与宽带匹配场处理
        3.2.3 主动匹配场处理与被动相位匹配场处理
        3.2.4 声压匹配场处理与矢量匹配场处理
    3.3 匹配场处理器定位性能仿真分析
        3.3.1 仿真环境设置
        3.3.2 接收阵元对声压匹配场定位性能影响分析
        3.3.3 矢量组合对匹配场定位性能影响分析
    3.4 信噪比对匹配场定位性能影响分析
    3.5 环境失配对匹配场定位性能影响分析
        3.5.1 接收水听器深度失配影响分析
        3.5.2 波导环境声速失配影响分析
    3.6 扫描网格对匹配场定位性能影响简析
    3.7 本章小结
第4章 波导环境下矢量时间反转镜定位技术
    4.1 时间反转镜定位技术
        4.1.1 单声压水听器时反被动定位
        4.1.2 单矢量水听器时反被动定位
    4.2 单基元时反定位性能仿真分析
        4.2.1 单基元时反定位仿真
        4.2.2 信噪比对时反定位性能影响分析
        4.2.3 环境失配对时反定位性能影响分析
        4.2.4 扫描网格对时反定位性能影响简析
    4.3 本章小结
第5章 波导环境下矢量GRNN定位技术
    5.1 神经网络定位算法概述
    5.2 GRNN概述
        5.2.1 GRNN基础理论
        5.2.2 GRNN网络结构
    5.3 GRNN声源定位算法
        5.3.1 海洋传播模型与数据预处理
        5.3.2 GRNN定位算法构建
    5.4 声压与矢量GRNN定位仿真
        5.4.1 单基元GRNN定位算法仿真与结果分析
        5.4.2 信噪比对单矢量水听器GRNN定位性能影响分析
        5.4.3 不同矢量组合下GRNN定位性能分析
        5.4.4 声源深度对单矢量水听器GRNN定位性能影响分析
        5.4.5 数据集失配对单矢量水听器GRNN定位性能影响分析
    5.5 本章小结
第6章 试验数据处理与结果分析
    6.1 声压阵试验数据处理
        6.1.1 Swellex-96 试验介绍
        6.1.2 试验数据处理
        6.1.3 频点选取对定位算法影响分析
        6.1.4 接收阵列对定位算法影响分析
        6.1.5 声压阵试验处理小结
    6.2 单矢量水听器试验数据处理
        6.2.1 单声压和单矢量GRNN定位算法试验数据处理
        6.2.2 单矢量匹配场、时反和GRNN定位算法试验数据处理
        6.2.3 单矢量水听器试验处理小结
    6.3 本章小结
结论
参考文献
致谢

(5)利用地声进行水中目标被动测距的可行性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 水声定位方法研究现状
        1.2.1 三元阵被动测距方法
        1.2.2 匹配场与匹配模定位
        1.2.3 基于波导不变量的被动测距
        1.2.4 基于warping变换的被动测距
        1.2.5 模基信号处理水声定位
    1.3 海底界面波以及相关定位方法研究现状
    1.4 本文主要内容
第2章 典型环境的声场建模与特性研究
    2.1 引言
    2.2 声场建模与仿真
        2.2.1 具有弹性海底的Pekeris模型
        2.2.2 均匀弹性沉积层
        2.2.3 变声速弹性沉积层
        2.2.4 声场仿真计算
        2.2.5 实验数据验证
    2.3 流/弹界面上Scholte波频散特性研究
        2.3.1 具有弹性海底的Pekeris模型
        2.3.2 具有弹性沉积层的频散方程求解
        2.3.3 仿真研究Scholte波特性
    2.4 声矢量场特性研究
        2.4.1 具有弹性海底Pekeris模型的振速场
        2.4.2 声矢量场中声压和振速的联合处理
        2.4.3 声矢量场特性的仿真研究
    2.5 本章小结
第3章 利用地声信号对爆炸声源进行定位
    3.1 引言
    3.2 利用Scholte波频散特性对爆炸声源进行测距
    3.3 利用垂直波阻抗对爆炸声源进行定位
        3.3.1 粒子滤波原理
        3.3.2 仿真结果分析
    3.4 实验数据验证
        3.4.1 利用频散特性进行测距验证
        3.4.2 利用垂直波阻抗进行定位验证
    3.5 本章小结
第4章 利用舰船辐射噪声对舰船进行定位
    4.1 引言
    4.2 舰船辐射噪声的噪声谱及仿真建模
    4.3 利用辐射噪声对舰船定位
        4.3.1 定位原理
        4.3.2 仿真分析
        4.3.3 实验数据验证
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(6)结构声学材料反向声散射特性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景、目的及意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 结构声学材料发展现状
        1.2.2 结构材料声学参数研究进展
        1.2.3 声反射系数预报方法研究进展
    1.3 论文研究内容
第2章 结构声学材料声反射系数分析基本理论
    2.1 均匀声学材料声场计算
        2.1.1 有限元基本理论
        2.1.2 有限元模型验证基础
    2.2 结构声学材料声场计算
        2.2.1 结构声学材料声场计算理论
        2.2.2 周期性边界条件
        2.2.3 软件建模过程
    2.3 反向声散射系数定义
        2.3.1 平面波分解技术
        2.3.2 声全息法计算声反射系数
        2.3.3 各方向声散射系数定义
    2.4 本章小结
第3章 结构材料声散射系数仿真计算与验证
    3.1 有限元模型建立
    3.2 有限元计算声场扩展处理
    3.3 平面波分解技术仿真验证
    3.4 结构材料仿真计算结果分析
    3.5 本章小结
第4章 结构材料反向声散射特性分析
    4.1 结构声学材料分析模型
    4.2 不同入射角下反向声散射特性分析
    4.3 不同空腔结构下反向声散射特性分析
    4.4 不同材料参数下反向声散射特性分析
        4.4.1 杨氏模量
        4.4.2 泊松比
        4.4.3 损耗因子
        4.4.4 空腔半径
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢

(7)深海甚低频声场特性建模与仿真研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 概述
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本论文的主要研究内容
第2章 深海海底界面附近声波传播理论分析
    2.1 头波
    2.2 底波
    2.3 液固两层波导中的Scholte波
    2.4 液固两层波导中的泄露Rayleigh波
    2.5 各向同性海底中海底纵波声源在海水中激发声场
    2.6 地声传播模型
    2.7 本章小结
第3章 甚低频含界面波声场的改进抛物方程方法
    3.1 抛物方程方法
    3.2 弹性抛物方程
    3.3 非均匀网格
    3.4 完美匹配层
    3.5 仿真验证
    3.6 本章小结
第4章 甚低频声矢量场特性研究
    4.1 界面波椭圆偏振特性
    4.2 极化分析方法
    4.3 试验数据极化分析
    4.4 本章小结
第5章 甚低频试验数据处理
    5.1 试验概述
    5.2 实验数据分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(8)基于有限元方法的海洋声传播特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 传海洋声场计算模型介绍
    1.3 有限元方法在声学领域的国内外发展近况
    1.4 研究内容
        1.4.1 复杂弹性海底环境对声信号传播影响研究
        1.4.2 孤立子内波对声信号的传播影响研究
    1.5 本章小结
第二章 研究方法介绍
    2.1 波动方程的有限元理论介绍
    2.2 Comsol Multiphysics有限元软件
        2.2.1 Comsol Multiphysics有限元软件介绍
        2.2.2 Comsol Multiphysics有限元仿真流程
    2.3 声能流介绍
        2.3.1 波导中声能流的计算
        2.3.2 声能流偏转角分析
    2.4 本章小结
第三章 基于有限元方法的声场仿真验证
    3.1 二维模型下的海洋声传播仿真验证
    3.2 二维轴对称模型下的海洋声传播仿真验证
    3.3 本章小结
第四章 复杂弹性海底环境对声信号传播影响研究
    4.1 上坡弹性海底环境下的声传播特性研究
        4.1.1 不同声源频率的影响研究
        4.1.2 不同声源深度的影响研究
        4.1.3 不同海水层深度的影响研究
        4.1.4 不同上坡倾斜角度的影响研究
        4.1.5 不同上坡海底参数对声能流传播特性影响研究
    4.2 下坡弹性海底环境下的声传播特性研究
        4.2.1 不同声源频率的影响研究
        4.2.2 不同声源深度的影响研究
        4.2.3 不同海水层深度的影响
        4.2.4 不同上坡倾斜角度的影响
        4.2.5 不同下坡海底参数对声能流传播特性影响
    4.3 本章小结
第五章 三维模型下内波对声信号传播的影响
    5.1 孤立子内波模型
    5.2 三维声场计算验证
    5.3 垂直xoz平面内的声信号受内波的影响分析
    5.4 水平xoy平面内的声能量受内波的影响分析
    5.5 本章小结
第六章 总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文及研究成果

(9)浅海环境下目标低频声散射预报方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
    1.3 研究内容
第2章 有限元耦合简正波方法理论模型
    2.1 数值理论
        2.1.1 多物理场有限元理论
        2.1.2 完美匹配层理论
    2.2 简正波理论
    2.3 有限元耦合简正波理论
        2.3.1 二维轴对称条件下波导目标散射声场理论(N*2D)
        2.3.2 三维条件下波导目标散射声场理论
    2.4 入射声场处理问题
    2.5 本章小结
第3章 有限元耦合简正波方法数值仿真研究
    3.1 有限元耦合简正波算法分析
        3.1.1 有效性分析
        3.1.2 收敛性分析
        3.1.3 效率分析
    3.2 声场规律分析
        3.2.1 存在界面对波导目标散射声场的影响
        3.2.2 目标性质对波导目标散射声场的影响
        3.2.3 目标位置对波导目标散射声场的影响
        3.2.4 声场三维分析
        3.2.5 不同海底对波导目标散射声场的影响
        3.2.6 具有声速梯度的声场
    3.3 本章小结
第4章 界面影响下目标散射声场试验
    4.1 试验概况
    4.2 试验模型和设备布放
        4.2.1 试验模型
        4.2.2 水听器布放
    4.3 测试系统
        4.3.1 发射系统
        4.3.2 接收系统
    4.4 测试内容
    4.5 测试结果分析
        4.5.1 有效性分析
        4.5.2 试验数据规律分析
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(10)近浅海中被动声呐目标探测关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究历史与现状
        1.2.1 多目标高分辨方位估计问题研究进展
        1.2.2 海面干扰抑制问题研究进展
        1.2.3 水面水下目标分类问题研究进展
    1.3 研究思路与内容结构安排
        1.3.1 论文研究思路
        1.3.2 研究内容与结构安排
第2章 基于阵列扩展原理的高分辨方位估计方法研究
    2.1 引言
    2.2 改进的逆波束形成
        2.2.1 逆波束形成原理
        2.2.2 逆波束形成的改进方法
    2.3 仿真与实验数据分析
        2.3.1 仿真数据验证
        2.3.2 海试数据验证
    2.4 本章小结
第3章 基于频率分集的高性能方位估计方法研究
    3.1 引言
    3.2 基于频率分集方位估计的基本原理
    3.3 基于频率分集的线列阵方位估计研究
        3.3.1 基于阵元内插的频率分集方位估计研究
        3.3.2 基于阵元外推的频率分集方位估计方法研究
        3.3.3 仿真与实验数据分析
    3.4 基于频率分集的双阵元方位估计研究
        3.4.1 传统双阵元方位估计算法
        3.4.2 双阵元频率分集技术
        3.4.3 仿真与实验数据分析
    3.5 本章小结
第4章 基于互质阵的方位估计方法研究
    4.1 引言
    4.2 被动声呐中互质阵技术研究
        4.2.1 基本原理
        4.2.2 三种算法的仿真分析
    4.3 互质阵上的频率分集算法
        4.3.1 频集互质原理
        4.3.2 仿真与实验数据分析
    4.4 本章小结
第5章 基于模态特征的水面干扰抑制技术研究
    5.1 引言
    5.2 浅海波导条件下的传播特性研究
        5.2.1 模态分布特征
        5.2.2 频散特征及卷绕变换研究
    5.3 基于模态分解的干扰抑制技术研究
        5.3.1 垂直阵模态分解及匹配模原理
        5.3.2 基于垂直阵的水面干扰抑制仿真研究
    5.4 基于水平圆阵的干扰抑制
        5.4.1 圆阵模态域波束形成
        5.4.2 模态强度可提取性分析
        5.4.3 水面干扰抑制及仿真研究
    5.5 本章小结
第6章 水面水下目标分辨技术研究
    6.1 引言
    6.2 基于水平线阵的分辨技术
        6.2.1 线阵模态域波束形成
        6.2.2 模态匹配算法
        6.2.3 仿真研究
    6.3 基于F-K域特征的分辨技术
        6.3.1 f-k域特征
        6.3.2 仿真及实验数据研究
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

四、水声在波导中传播的建模及仿真研究(论文参考文献)

  • [1]海洋环境动态变化对水声信道的影响分析[D]. 蒲佳琪. 哈尔滨工业大学, 2021
  • [2]沉积层声学特性对浅海低频声场分布的影响[J]. 祝扞皓,朱军,唐骏,张海刚,郑广学. 声学学报, 2020(05)
  • [3]分布式MIMO声呐目标检测和成像方法研究[D]. 姜景宁. 浙江大学, 2020
  • [4]波导环境下矢量水听器定位技术研究[D]. 闫福平. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [5]利用地声进行水中目标被动测距的可行性研究[D]. 刘亚琴. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
  • [6]结构声学材料反向声散射特性研究[D]. 杨小黎. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [7]深海甚低频声场特性建模与仿真研究[D]. 徐亮. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [8]基于有限元方法的海洋声传播特性研究[D]. 朱军. 浙江海洋大学, 2019
  • [9]浅海环境下目标低频声散射预报方法研究[D]. 李金谕. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
  • [10]近浅海中被动声呐目标探测关键技术研究[D]. 李鹏. 哈尔滨工程大学, 2020(04)

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波导中水下声传播的建模与仿真
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