水声聚焦相控阵列及其声场特性研究
扬声器阵列声场控制方法
扬声器阵列声场控制方法
马登永;柴国强;周建明;杨军
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2014(0)12
【摘要】在大型厅堂、体育场馆、露天广场、火车站和飞机场等场所,多扬声器单元组阵时存在较为严重的声波干涉,造成重放声场中存在较多的峰谷点.为了改善阵列辐射声场的均匀化程度,传统的基于二次剩余序列相位延迟控制方法,仅依赖单个有限长度的二次剩余序列来设计相位延迟矢量,对声场均匀程度的改善能力有限.提出了基于二次剩余序列组合特性的扬声器阵列声场控制方法,通过扩大二次剩余序列的范围,利用多组不同二次剩余子序列的组合特性,设计了更为优化的阵列相位延迟控制矢量,从而提高了阵列辐射声场的均匀化程度,并且该方法物理实现简单,适合于阵列扩声系统在宽频带、大空间范围内的应用.
【总页数】9页(P23-30,34)
【作者】马登永;柴国强;周建明;杨军
【作者单位】苏州上声电子有限公司,江苏苏州215133;苏州上声电子有限公司,江苏苏州215133;苏州上声电子有限公司,江苏苏州215133;中国科学院声学研究所,北京100190
【正文语种】中文
【中图分类】TN643
【相关文献】
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浅海低频垂直相控阵多模声场聚焦
浅海低频垂直相控阵多模声场聚焦衣晓锋;彭大勇;侯倩男;郭圣明【摘要】为了提高低频垂直相控阵声场聚焦的环境适应性,增强环境失配情况下的声场聚焦效果,提出一种多模声场聚焦方法.该方法利用环境失配对低阶模态影响相对较小的特点,只利用前3阶模态进行发射权系数的计算.仿真结果表明,多模声场具有较大的聚焦跨度,在环境失配情况下仍能在期望的聚焦位置实现良好的聚焦效果.进一步地,根据巴斯微扰理论计算分析了多模声场的混响特性.由于多模声场聚焦将能量集中到了掠射角较小的低阶模态中,因此比最优权系数聚焦具有更低的混响平均强度.多模聚焦对聚焦深度进行扫描可以实现目标的深度分辨,这在水下目标探测方面具有较高的应用前景.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】8页(P615-622)【关键词】相控阵;声场聚焦;多模;混响抑制【作者】衣晓锋;彭大勇;侯倩男;郭圣明【作者单位】中国科学院声学研究所北京 100190;中国科学院水声环境特性重点实验室北京 100190;中国科学院大学北京 100049;中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院水声环境特性重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所北京 100190;中国科学院水声环境特性重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所北京 100190;中国科学院水声环境特性重点实验室北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TB5660 引言相控发射的基本思想最初来自于雷达电磁波领域，并被迅速发展至超声、光学等领域。
相控发射阵由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制各阵元的幅度或相位，基于场干涉效应在一定空间范围内形成聚焦效果。
相控发射技术以其快速、灵活、高分辨率等优点，在电子扫描雷达[1]、超声检测[2−3]、光通信新技术[4]等方面均取得了广泛应用。
相控阵在水声领域的应用，目前比较成熟的技术有多普勒海流剖面仪、多波束测深仪、参量阵地层剖面仪等，其工作频率通常在十几千赫兹以上，分别用于探测海水流速流向、海底地形地貌和海底地层剖面结构。
水声通信技术研究进展及应用
水声通信技术研究进展及应用摘要：水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式，由于其在民用和军事上都有重大意义，水声通信的研究一直是国内外研究的热点。
文章介绍了水声通信的历史，分析了水声通信发展的关键技术，讨论了水声信道的特点、系统组成和国内外的发展现状。
最后对未来的水声通信技术作了预测。
关键词：水声通信，通信信道，声纳，正交频分复用，声纳信号处理1 引言当今世界已进入了飞速发展的信息时代，通信是这一进程中发展最为迅速、进歩最快的行业。
陆地和空中通信领域包括的两个最积极、最活跃和发展最快的分支--Internet网和移动通信网日臻完善，而海中通信的发展刚刚崭露头角。
有缆方式的信息传输由于目标活动范围受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动（如正常航运）可能存在影响等缺点，极大地限制了它在海洋环境中的应用。
另外由于在浑浊、含盐的海水中，光波、电磁波的传播衰减都非常大，即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km，因而它们在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的需要。
在非常低的频率（200Hz以下），声波在海洋中却能传播几百公里，即使20 Hz的声波在水中的衰减也只有2—3dB/km，因此水下通信一般都使用声波来进行通信。
而在这个频率范围内，声波在水中（包括海水）的衰减与频率的平方成正比，声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的。
采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段。
海洋水下信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道，这是至今还存在的难度最大的无线通信信道。
研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子技术和信号处理等多种学科和技术的知识，现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技术人员研究的热点之一。
另外，海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实行封锁的领域，因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。
水平组合阵列的时反被动定位特性研究
图 ５ 组 合式 水 平时 反 阵 示 意 图
降的不足。但是在实际应用中， 其复杂的结构将给海上 施工 带来增 加难 度 。
● ● ● ●． ． ● ● ● ●
队
了源 于光 学 中不 均匀 介 质 的位 共 轭 成像 法 ， 并 将 连 续 波 的相位 共 轭法 发展 为 时 间反 转法 。
１ ９ ９ １ 年， Ｄ ｏ Ｍｉ ｎ ｇ 对 Ｔ Ｒ Ｍ 应 用 于水 声 作 了定 义 和 基
黔 ．
本理 论分 析 。１ ９ ９ ６年 ４月 ， Ｋ ｕ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｍ等人 在地 中海进 行
在时间上取反 （ 频域里取复共轭 ） ， 并向外发射出去， 声源 处时反声场能量明显大于其它 区域 ， 即声能量在声源位
置 出现 聚焦 ， 它是 声互 易性 原理 的应 用之 一 。
２ ． １ 水平 时反 阵工作 原理 如图 １ 所示 ， Ｐ Ｓ为一 探 针 声 源 ， Ｈ Ｔ Ｒ Ａ为 Ⅳ 基 元 收 发 合 置水 平 时 反 阵 ， 基 元 等 间隔 分 布 ， 基 元 间隔为 ｄ ， 铺
定位性能最好 。当声源偏离端射方 向时 ， 水平时反阵的定位性能会迅速下 降， 直至对 目标的被动定位失效。本文研 究了单个水平 时反阵的可视 区域 ， 并提 出了一种组合式 的水平 时反阵， 有效地克服 了单水平阵被动 时反定位性能随声源入射方 向改变而下降 的不足。 关键词 ： 组合 阵列 ； 被 动定位
了首次 时反 镜浅 海试 验 。实验 结果证 明了海洋 中 的时反
聚 焦性 能 。
圈 １ 水 平 时 反 阵 不 意 图
在浅海波导中， 大孔径的水平时反阵能对 目标实现
有 效 的被动 定位 。本 文采 用 计 算 机仿 真 分 析 法 ， 在 给定
现代水声通信技术发展
现代水声通信技术发展水声信道是一个十分复杂的多径传输信道，特性参数随着时-空-频的变化而随机变化，且在水声环境中，水声信道又表现出带宽窄、环境噪声高、传输时延大、载波频率低等缺点，使得传输数据率低、传输误码率高[1]。
因此，如何有效消除水声通信技术在运用过程中的诸多限制性因素，提高数据传输率，成为当下研究的一大热门课题。
为实现水声载体下的水声通信，下面结合相关专业理论知识，首先就水声信道的相关物理特性进行分析。
1水声信道相关物理特性探究声波是当前已知的在水中传输衰减最小的波动形式，稳定性与可靠性较高，因而在水下信息传输、水下探测等领域得到了广泛应用[2]。
在研究水声信道相关物理特性时，需要全面掌握声波在海洋中传播的复杂情况，而要想搞清楚这一状况，就需建立起多种复杂模型，在这多种复杂模型中，有一种模型立足于“信号系统”视角，将声传播的海洋环境看作是一个线性、随机时变的滤波器系统，该模型被称为水声信道。
1.1水声信道基本物理特性据探测，声波在海面附近的典型传播速率为150m/s，比电磁波的速率低5个数量级，因此，较之电磁波与光波，声波在海水中的衰减要小的多[3]。
实际上，水声信道是近似地满足广义平稳非相关散射条件的，且在该条件下，可实现“短时间内”的信道响应函数基本稳定。
且实践表明，复杂的水声信道会给水声通信系统的性能带来较大影响，且作为一个由海洋及其边界构成的十分复杂的介质空间，水声信道具有独特的上下表面与内部结构，可对声波产生诸多不同的影响。
总结以上分析可知，水声信道具有以下特性：①严重的多径效应。
在实际传输过程中，若实际水深小于传输距离，且同一波束内从不同路径传输的声波，会因为路径长度的差异，产生时间的延迟与能量的差异，导致信号展宽，波形码间干扰出现。
②环境噪声影响大。
水声通信中，影响通信质量的噪声因素来自多个方面，如水面作业产生噪音、水生生物活动产生噪音、沿岸工业活动产生噪音等，这些来源于不同路径的噪音无一例外会对信号的信噪比产生影响。
深海直达声区中大深度声场水平纵向相关特性
第42卷第4期兵工学报Vol.42No.4 2021年4月ACTA ARMAMENTARII Apr.2021深海直达声区中大深度声场水平纵向相关特性王梦圆^2,李整林1,秦继兴1,吴双林⑺,王光旭1(1.中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室，北京100190； 2.中国科学院大学，北京100049)摘要：深海直达声区中大深度声场水平纵向相关特性对海底水平阵阵形设计和相应的信号处理技术具有重要参考意义。
基于2016年南海冬季一次深海不完全声道声传播实验,分析大深度声场特性及水平纵向相关性,对深海直达声区中大深度声场水平纵向相关性进行理论研究和数值仿真。
结果表明：大深度声场的水平纵向相关半径与声能量高低无关，直达声区中大深度声场的干涉特性导致声场水平纵向相关系数存在振荡结构，声场水平纵向相关半径与声场传播损失的振荡周期一致，振荡周期越大，水平纵向相关半径越大；直达声区中声场水平纵向相关半径的大小随声源频率和声源深度的增大而变小，直达声区中近距离处声场水平纵向相关半径受接收深度变化影响较小，但在远距离处随接收深度的增大而增大。
关键词：大深度声场；深海直达声区；水平纵向相关特性；振荡结构中图分类号：TB566文献标志码：A文章编号：1000-1093(2021)04-0817-10DOI：10.3969/j.issn.1000-1093.2021.04.015Horizontal-longitudinal Correlations of Sound Field at Large Depthin the Direct Zone of Deep WaterwANG Mengyuan1,2,LI Zhenglin1,QIN Jixing1,wU Shuanglin1,2,wANG Guangxu1(1.State Key Laboratory of Acoustics,Institute of Acoustics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China；2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)Abstract:The horizontal-longitudinal correlations of sound field at large depth in the direct zone of deep water have important reference significance for the design of horizontal array and the signal processing of array.The characteristics of deep water sound transmission loss and horizontal-longitudinal correlations are analyzed based on a deep water incomplete channel sound transmission experiment in the South China Sea in the winter of2016.The horizontal-longitudinal correlations in deep water of the direct zone are analyzed through theory and simulation.The results show that the horizontal and longitudinal correlation radii of sound field at large depth are independent to the sound energy.The interference characteristics of sound field at large depth in deep water of the direct zone lead to the existence of oscillation structure of horizontal-longitudinal correlation coefficient.The horizontal-longitudinal correlation radius of sound field is consistent with the oscillation period of sound transmission losses.The longer the oscillation period is，the larger the horizontal-longitudinal correlation radius is.The horizontal-longitudinal correlation radius收稿日期：2020-04-30基金项目：国家自然科学基金项目(11874061.11674349)作者简介：王梦圆(1994—),女，博士研究生。
水声传播中的声场特性与影响因素研究
水声传播中的声场特性与影响因素研究在我们生活的地球上，水覆盖了大部分的表面。
而在水下世界，声音的传播有着独特的特性和规律。
水声传播中的声场特性及其影响因素的研究对于海洋科学、声学工程、军事应用等众多领域都具有极其重要的意义。
首先，我们来了解一下水声传播中的声场特性。
声场，简单来说，就是声音在水中传播所形成的区域。
在这个区域中，声音的强度、频率、相位等特性都会发生变化。
声音在水中传播时，其强度会随着距离的增加而逐渐减弱。
这是因为水对声音具有吸收作用，就像海绵吸水一样，声音的能量会被逐渐消耗。
而且，这种吸收作用与声音的频率有关，通常高频声音更容易被吸收，这就导致了在远距离传播时，低频声音相对更容易被检测到。
另一个重要的声场特性是声音的传播速度。
与在空气中不同，声音在水中的传播速度要快得多，大约是 1500 米每秒。
但这个速度并不是恒定不变的，它会受到水温、水压和盐度等因素的影响。
例如，水温升高时，声音传播速度会增加；水压增大时，传播速度也会有所提高；而盐度的变化同样会对传播速度产生一定的影响。
除了强度和传播速度，声音在水下传播时还会发生折射和反射现象。
这就好比光线在不同介质中传播时会改变方向一样。
当声音从一种水层传播到另一种具有不同物理特性的水层时，就会发生折射。
而当声音遇到障碍物，如海底、海面或大型物体时，会发生反射，一部分声音能量会被反射回去。
接下来，我们探讨一下影响水声传播的因素。
水温是一个关键因素。
不同的水温会导致水的密度和压缩性发生变化，从而影响声音的传播速度和吸收特性。
在海洋中，水温通常会随着深度和地理位置的变化而变化，形成复杂的温度分层结构，这会对水声传播产生显著的影响。
水压也是不可忽视的因素。
随着水深的增加，水压会不断增大，这会使得水的密度增加，从而改变声音的传播特性。
盐度同样对水声传播有着重要影响。
海水中的盐度分布不均匀，高盐度的海水和低盐度的海水在声学特性上存在差异，这会导致声音在传播过程中发生折射和反射。
环境适应处理方法
环境适应处理方法王宁;王鹏宇;宋文华【摘要】文章介绍了作者及其合作者近十年在环境适应处理方法方面的研究及其相关国内外研究,包括数据驱动匹配场处理、波导不变量应用及其数据驱动格林函数提取与单边声场聚焦方法.并讨论了各种方法存在的问题及可能的研究方向.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】6页(P484-489)【关键词】数据驱动;波导不变量;格林函数提取【作者】王宁;王鹏宇;宋文华【作者单位】中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266003;中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266003;中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266003【正文语种】中文【中图分类】O422;O4270 引言声波是实现全海深、长距离信息传输的最有效波动形式，水声技术在海洋科技和声呐工程应用等具有不可替代的作用[1]。
声传播特性依赖于海洋声学环境，即所谓环境效应或称信道效应。
环境效应在许多应用中可以校正或补偿，譬如通过自适应均衡、时间反转方法。
然而，在诸如主被动水声探测应用中，由于难以提供校正用导引/测试信号且无先验环境特性，许多自适应处理方法无法应用。
水声匹配场处理是一个典型例，环境失配是传统匹配场处理的主要障碍之一[2−5]。
所谓环境适应处理方法目的是尽可能降低处理方法对环境信息的依赖性和鲁棒性。
环境自适应水声信号处理概念可以追溯到Wolf[6]的文章，而正式采用环境自适应水声信号处理概念源于上述作者及合作者在Oceans’93 的会议论文[7]，environmentally adaptive signal processing (EASP)。
按照Wolf等[7]的定义，环境自适应水声信号处理方法无需假设任何环境信息，如声速剖面、地声参数等。
文献常采用“数据驱动”一词强调处理方法无需假设环境模型。
随着匹配场失配问题认识的深入，在过去二十年间，水声物理发展在很大程度上总与EASP 有关联。
水声工程毕业论文文献综述
水声工程毕业论文文献综述水声工程是研究声波在水中传播和应用的学科领域。
随着科技的不断发展，水声工程在海洋开发、水下通信、海洋生态环境监测等方面发挥着重要作用。
本文将对水声工程方面的文献进行综述，概括总结相关研究现状和前沿领域的进展。
一、水声工程概述水声工程是应用声学原理研究水中声波传播和应用的学科。
其研究领域包括声源设计、水下声信号处理、水声通信等。
水声工程在海洋资源开发、环境监测和军事防卫等领域具有广泛的应用前景。
二、水声传播模型1. 水声传播的基本原理2. 水下声场特性与分析方法3. 水声传感器与声源三、水声信号处理技术1. 水声信号的特点与处理2. 水声信号处理算法3. 声纳阵列技术四、水声通信技术1. 水声通信的基本原理2. 水声通信的调制与解调技术3. 水声通信系统设计与性能优化五、水声定位技术1. 水声定位的原理和方法2. 水声定位系统设计与性能优化3. 水下目标探测与跟踪六、水声工程在海洋资源开发中的应用1. 水声勘探技术2. 水声测量技术3. 水下机器人应用七、水声工程在环境监测中的应用1. 水声生态监测技术2. 水声气候变化监测技术3. 水声水质监测技术八、水声工程的发展与前景展望当前，随着科技的不断进步和人们对海洋资源的深入研究，水声工程领域也得到了迅猛发展。
未来，水声工程将在深海开发、水下安全、海洋环境保护等方面发挥更重要的作用。
结语本文对水声工程领域的研究现状和前沿领域进行了综述，从水声传播模型、水声信号处理技术、水声通信技术、水声定位技术，以及水声工程在海洋资源开发和环境监测中的应用等方面进行了概述。
随着技术的不断进步，水声工程领域的研究将会更加深入，应用范围也将进一步拓展。
希望本论文对相关研究领域的学术研究和实践工作能够提供一定的参考和帮助。
以上综述内容仅供参考，希望能对您的论文写作有所启发。
水声信号处理中若干研究方向的现状及发展趋势
水声信号处理中若干研究方向的现状及发展趋势孙超，杨益新（西北工业大学声学工程研究所，西安 710072）1 引言水声信号处理领域的早期研究成果大多是数学专业出身的科学家完成的，研究工作植根于对声及其特性的物理和数学观察与分析。
作为一门交叉学科，近年来，水声信号处理研究领域也伴随着自适应信号处理、传感器阵列，以及检测与估计理论中的进展而发展。
同时，对海洋环境中多种现象的物理机理探究，促使水声信号处理领域研究成果逐步得到应用。
水声信号处理涉及广泛的研究课题，国内外对该领域的研究工作进展做过各种形式的综述。
典型的有1998年发表于IEEE信号处理杂志的一组题为《水声信号处理的过去、现在与将来》的专稿[1]，而国内则于2006年在《物理》杂志发表了一组题为《声纳技术及其应用专题》的文章[2-9]。
受时间、篇幅以及作者能力所限，本文将只对水声信号处理研究领域中有限的几个研究方向上的研究进展进行归纳总结。
2 被动定位—匹配场技术20世纪80年代以来，被动定位技术中的重要发展就是在信号处理算法中加入了声传播模型，主要用于估计一个辐射源的距离和深度（以及方位）。
这种处理方法称作匹配场处理（Matched Field Processing—MFP）。
MFP的核心就是对常规的一维平面波波束形成进行推广，使其能够对海洋中的点声源进行三维定位。
一维平面波波束形成只能使基阵在方位上进行扫描，使其在所有可能的源方位上与测量数据进行“匹配”，并寻找其中相关程度最大处的参数值作为目标方位估计。
在三维匹配场波束形成中，基阵能够对不同的目标参数（距离、深度、方位）组合进行描述，寻找其与测量数据匹配程度最大的参数值，认为是目标的位置参数估计。
MFP的发展与海洋中声传播建模的进展是并行的。
当Clay研究模态传播时，他最早发现了波导模型、基阵和信号处理之间的密切关系[10]。
尽管他没有提到信号源定位或层析，但他清楚地建立了模态表示、传播和基阵处理之间的相互关系。
【国家自然科学基金】_声场特性_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
推荐指数 6 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67
声呐浮标 同振型 反射与折射 参数优化 凹面阵列 凝胶强度 低频测试 仿真 交变流动 rijke型燃烧器 morozov偏差原则 mems fem engl误差极小化原则 bem
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 40 111 112 113 114
传声损失 仪表板 主频 主动探测 x波 co_2 ce/se算法 bessel波
推荐指数 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 声场 齿轮 时域有限差分法 动力特性 高频调制电弧 驾驶室 边界元 超声 聚焦特性 耦合 焊缝组织细化 完全匹配层 声辐射特性 声学 声场分布 二次谐波 kzk方程 高温环境 高强度聚焦超声(hifu) 高强度聚焦超声 频谱规律 频率方程 附加虚质量 阶梯 遗传算法 边界元法 辐板安装式刹车盘 轮轨粗糙度 车桥振动 超声波声场 超声波传播 计算程序 计算机模拟 计算机控制 言语测听 解吸 裂纹 衰减特性分析 虚源法 薄圆盘 节线 自由界面 脉冲激励 结构振动 结构噪声 等效声源 突变截面 空气耦合超声 社会因素 相控圆弧阵声波辐射器 相干 相位共轭阵列
水声传播中的声场分布特性研究
水声传播中的声场分布特性研究哎呀，说起水声传播中的声场分布特性，这可真是一个有趣又有点复杂的话题呢！你知道吗？我曾经有一次特别神奇的经历，和这个主题还有点关系。
那是一个阳光明媚的周末，我去海边度假。
当我静静地坐在沙滩上，听着海浪一波一波地冲过来，那声音有时大，有时小，我就突然想到了水声传播的问题。
咱们先来说说什么是声场分布特性。
简单来讲，就是声音在水里传播的时候，声音能量在不同位置的分布情况。
比如说，在一个大池塘里，你在这边扔一块石头，产生的水波和声音，在池塘的不同地方感受到的强度是不一样的。
水声传播和在空气中传播可大不一样。
水的密度比空气大得多，这就导致声音在水里传播的时候，速度更快，衰减也更慢。
想象一下，你在游泳池里大喊一声，可能整个泳池都能听见，而且声音还能传得挺远。
影响水声传播中声场分布特性的因素那可不少。
首先就是声源的特性啦，声源的强度、频率都会对声场分布产生影响。
就像不同的乐器发出的声音，在同一个房间里传播，听起来的感觉也不一样。
还有水的环境也很重要。
水温的变化会影响水的密度，从而影响声音的传播。
比如说，在夏天，表层的水比较热，底层的水比较凉，声音在这样分层的水里传播，路径就会变得很复杂。
另外，水里的障碍物也会改变声场分布。
就像你在一条有很多石头的小溪里，水流碰到石头产生的声音，和在没有石头的地方是完全不同的。
研究水声传播中的声场分布特性可不只是为了满足好奇心。
在实际应用中，这可是非常重要的。
比如说，在海洋探测中，通过研究声场分布，可以更好地探测海底的地形、寻找水下的资源。
还有在军事上，了解水声传播的特性，可以提高潜艇的隐蔽性和探测能力。
想象一下，如果我们能精确地掌握水声传播中的声场分布特性，那对于海洋的开发和保护，岂不是能做得更好？比如说，我们可以更有效地监测海洋中的噪音污染，保护那些依靠声音来交流和生存的海洋生物。
回到我在海边的那次经历，当我看着大海，听着海浪的声音，我就在想，这看似简单的水声背后，竟然隐藏着这么多的科学奥秘。
浅海运动目标辐射声测量距离内声聚焦特性研究
（ ．Ｃｏ ｌ ｇ ｆ ｎ ｅ ｗａ ｅ ｏ ｓ ｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ，Ｈａ ｂ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉｅ ｓｔ ，Ｈａ ｂ ｎ １ ０ ０ ，Ｃｈ ｎ ；２ Ｎ ａ ３ １ ｌ ｅ ｏ ｄ ｒ ｔ ｒＡｃ ｕ ｔｃ ｅ Ｕ ｇｎ ｅ ｉｇ ｒ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｙ ｒ ｉ ５ ０ １ ｉａ ｖｙ ９１ ８８ Ｕ
第 ２ ９卷第 １ Ｏ期 ２０ 年 ｌ ０８ Ｏ月
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Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｒ ｉ ｇｎ ｅｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｒ ａ ｆＨａ ｂ ｎＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉｅ ｓｔ
浅 海 运 动 目标 辐射 声 测 量 距 离 内声 聚 焦 特 性 研 究
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ｎ ｆ Ｉ ｉ ｏ Ｚ ａ ｊ ｎ ２ ０ ２ ｈ ｎ ） ｔ Ｐ Ａ。 ｈ ｎｉ ｇ ５ ４ ２ ．Ｃ ｉａ ａ Ａｂ ｔａ ｔ Ｄｅ ｉｔｏ ｓａ ｅ ｉ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅ ｒ ｆ ｌ ａ ｉｔ ｄ ｎ ｉｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｈ ｌ ｗ ｔ ｒｄ ｅｔ ｂ ｉ ｕ ｓｒ ｃ ： ｖａ ｉ ｎ ｒ ｎ ｕ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｄ ｒ ｄ ａ ｅ ｏ ｓ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ａ ｌ ｗａ ｅ ｕ ｏ ｏ ｖ ｏ ｓ ｅ ｎ ｏ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｏ ｃ ｕ ｔ ｏ ｕ ｉ ｇ Ｈ ｏ ｔ ｌ ｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｃ ｕ ｔ ｏ ｕ ｉ ｇ ｏ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ， ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｆａ ｏ ｓ ｉ ｆ ｃ ｓ ｎ ． ｃ ｗ ｏ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆａ ｏ ｓ ｉ ｆ ｃ ｓｎ ｎ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｍ ｃ
基于水下脉冲放电的冲击波聚焦实验研究
基于水下脉冲放电的冲击波聚焦实验研究张振福;曾新吾;王一博;蔡清裕【摘要】Shock wave focusing can produce higher pressure in the focal region. An underwater shock wave focusing system was set up based on the pulsed discharge in water and the focusing characteristics of ellipsoidal reflector. The focusing of shock wave was studied experimentally; the focusing process of shock wave was analyzed. The pressure-time history and the peak pressure along the axial position were presented, the distributing characteristics of the focusing shock wave were revealed. Negative pressure and cavitation phenomenon was induced by shock wave focusing, and the phenomenon was analyzed based on shock dynamic theory. The experimental results indicate that the focusing effect of the ellipsoidal reflector is remarkable.%冲击波的聚焦可以在聚焦区域形成局部较高的压力.基于能产生较强冲击波的水中脉冲放电声源和具有会聚作用的旋转椭球面反射罩建立了水下冲击波聚焦系统,开展了水下冲击波聚焦的实验研究,分析了水下冲击波的聚焦过程.对压力历史、轴线上的压力分布及峰值压力进行了分析,研究了旋转椭球面反射罩的聚焦特性.实验发现聚焦区域会产生负压,并导致局部空化.基于冲击动力学理论对这一现象进行了分析.实验结果表明,水下冲击波聚焦系统具有显著的聚焦效果.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2012(034)004【总页数】4页(P54-57)【关键词】冲击波聚焦;实验研究;椭球面反射罩;负压【作者】张振福;曾新吾;王一博;蔡清裕【作者单位】国防科技大学理学院,湖南长沙410073;国防科技大学光电科学与工程学院,湖南长沙410073;国防科技大学光电科学与工程学院,湖南长沙410073;国防科技大学光电科学与工程学院,湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】O382.1水中脉冲放电所产生的冲击波与水下爆炸所产生的冲击波具有相似的特性，水中脉冲放电是将电能在极短时间内转化为冲击波能。
深海大深度声场垂直相关特性
深海大深度声场垂直相关特性Li Zheng-Lin;Dong Fan-Chen;Hu Zhi-Guo;Wu Shuang-Lin【摘要】深海声场垂直相关特性对提高垂直阵阵列增益和水下目标探测性能具有重要意义.基于2014年南中国海实验大跨度垂直阵接收的声信号,分析了深海直达区、影区和会聚区等不同距离下的大深度声场垂直相关特性,并使用射线理论解释了深海垂直相关随空间变化机理.在直达声区内,声场垂直相关半径几乎可以覆盖整个水深,且随着深度增加,直达声和海面反射声到达时间差增加,相关略有下降.在声影区内,声场能量主要来源为经一次海底反射和一到两次海面反射的声线,垂直相关整体偏低.第一会聚区内垂直相关系数随着接收深度的增加而周期性振荡,并且与声能量在深度上的分布具有相似结构,这是高声强区域两组反转声线在垂直方向上周期性干涉的结果.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2019(068)013【总页数】19页(P205-223)【关键词】垂直相关;深海声场;振荡结构【作者】Li Zheng-Lin;Dong Fan-Chen;Hu Zhi-Guo;Wu Shuang-Lin【作者单位】;;;【正文语种】中文1 引言声场垂直相关性表征了垂直空间上两个接收点声场的相似程度,既是利用垂直阵进行匹配场定位的物理基础,也是基于垂直阵声呐设计及获取空间增益的重要参数[1],在实际海洋环境中,多途干涉效应会使得声场的垂直相关性降低,进而影响垂直阵列波束形成和水下目标探测性能,因此声场垂直相关性研究一直是海洋声学的重要课题之一.国内外对声场垂直相关性展开了大量研究[1−14].我国对声场垂直相关性的研究多集中在浅海.2001年,Guo等[2]对浅海远距离声场的垂直相关性进行了研究,发现垂直相关系数随着距离的增加呈现出先减小后增大的趋势.2004年,Li等[3]利用垂直相关特性随距离的变化反演海底吸收系数.2009年,Wan等[4]通过两个L型接收阵同步研究了浅海声场的垂直相关性和水平相关性.在浅海不平海底条件下声场空间相关研究方面,赵梅和胡长青[5]发现在浅海倾斜海底条件下,空间相关性随着倾斜角度和阵元间距的增加而减小,并且与收发深度有关; 2011年,王鲁军等[6]发现与水平海底相比,下坡海底会增加声场的空间相关性,上坡海底会减小声场的空间相关性. 在深海声场空间相关方面,Urick等[10,11]提出,会聚区声场的空间相关性明显高于影区,而且随着阵元间距的增加衰减更慢.1998年,周士弘等[1]发现,多途干涉越复杂,垂直相关系数变化越复杂,而且垂直相关性与声源深度、频率以及声源与接收器的距离等有关.2013年,Colosi等[12]分别利用耦合模式传输理论和绝热模式近似理论分析了深海环境下的垂直相关,并研究了深海垂直相关半径随着频率和距离的变化规律.Li等[13]和李鋆[14]对深海声场空间相关特性进行了研究,发现声场的空间相关系数的空间分布结构与传播损失的空间分布结构基本一致,高声强区内的声场主要是由一组相位相近的简正波或在水体中折射的射线组成,其声场具有相似性.胡治国等[15−17]分析了在存在海底斜坡和海底小山丘的海底地形条件下,声传播规律和声场的水平纵向相关性.但是,国内对深海大深度声场垂直相关性的研究还鲜有报道.本文利用2014年南中国海的一次深海实验数据,分区域探究了深海中直达声区、声影区和会聚区等不同距离位置的大深度声场垂直相关性,并给出了相应的物理解释,对提高深海环境下垂直阵列的阵增益和水下目标的探测性能等具有重要意义.2 深海声传播实验简介2014年6月,声场声信息国家重点实验室在南中国海进行了一次深海声传播实验.海上实验设备布放示意图如图1所示,27个自容式水听器(USR)组成的潜标垂直阵被锚定在O2位置,水听器呈不等间隔布放在102—1866 m深度范围内.水听器的灵敏度为–170 dB,通道的采样率为16 kHz.实验船以4节航速拖曳发射换能器声源从O2接收阵位置向O1点行驶.O2到O1方向上声传播距离的总长度约172 km,覆盖了3个会聚区.图1 海上实验设备布放示意图Fig.1.The configuration of the experiment.拖曳发射换能器的深度约为126 m.发射声信号是中心频率为310 Hz、带宽为100 Hz的双曲调频信号(HFM).发射信号形式如图2所示,先发射20 s,停10 s,重复四次,再停40 s,然后依次重复发射.拖曳声源的声源级标定为181 dB.图3是实验1号科考船上的万米测深仪测量的海深随距离的变化,可见O2到O1 传播路径上海底整体比较平坦,平均深度约为4300 m.图4为实验期间的全海深声速剖面,其中声道轴深度约为1150 m,最小声速为1484 m/s,海底附近海水声速(1533 m/s)小于海面处海水声速(1541 m/s),为典型的不完全深海声道.在这种海洋环境下,海底反射作用对在声影区内的声场影响较大.实验期间也进行了海底底质柱状采样测量,经对3 m长的柱状沉积物样品分析表明: 实验海区的底质类型以粘土质粉砂为主,具体分段测量的沉积物类型、密度、声速和中值粒径等参数如表1所示,为海底声学参数的选取提供参考依据.图2 拖曳换能器发射声信号的周期Fig.2.The cycle of the source signals from a towed transducer.图3 O2到O1传播路径上海深随距离的变化Fig.3.The bathymetry along the propagation track from O2 to O1.图4 实验期间的海水声速剖面Fig.4.Sound speed profile during the experiment.表1 海底底质采样测量样品分析参数表Table 1.Sediment parameters analyzed from core sampling.深度范围/cm实测声速/m·s–1湿密度/g·cm–3声衰减系数/dB·m–1孔隙度/%中值粒径/mm沉积物类型0–2815831.65137.0662.600.0053粘土质粉砂28–5515971.5674.0265.080.0274粉砂55–8016631.57118.8067.590.0287粉砂80–10516951.45127.5074.930.0127粘土质粉砂105–13016311.55108.9168.220.0157粉砂130–15515161.44104.8675.380.0062粘土质粉砂155–1801291.3766.7377.980.0059粘土质粉砂180–20515081.33127.4780.770.0052粘土质粉砂205–23015401.30111.8984.070.0046粘土质粉砂230–25015331.26121.3785.000.0050粘土质粉砂250–28015471.26159.4185.550.0057粘土质粉砂280–30515651.21255.7083.240.0045粘土质粉砂平均值15841.41126.1475.870.0106–-3 实验数据处理流程与声场垂直相关定义将声源发射的双曲调频信号设为是s(t),则接收阵接收的声压信号pR(r,z,t)可表示为其中S(w)为s(t)对应的频谱,H(r,z;w)为声源至接收器之间海洋声信道的传输函数,w 为角频率.实验时可以通过脉冲压缩来提高信噪比.脉冲压缩是将声源发射的信号s(t)与接收阵接收的信号pR(r,z,t)做相关,即:对应的频谱Xi可以由pc(r,z,t)经过Fourier变换得到.将Xi在实验发射信号的带宽内取平均,得到信号的平均声能量:其中f0为信号的中心频率,Fs为信号的采样率,nf2和nf1分别为频率上、下限对应的频点数.声传播损失(TL)的实验结果由下式计算:式中SL(f0)代表发射换能器声源级,本实验中为181 dB; Mv代表接收水听器灵敏度,大小为–170 dB;EC代表脉冲压缩获取的时频增益,根据发射声源信号时间带宽计算得约为66.6 dB.声场垂直相关指的是与声源水平距离相同,深度不同的两个接收点接收到的声信号之间的互相关.假设两个接收点位置分别为(r,z)和(r,z+ ∆z),其中r为与声源的水平距离,z为水听器深度.垂直相关系数定义为两个接收水听器同时接收到声信号之间的互相关程度:其中pz(t)和pz+∆z(t)分别代表两个水听器接收到的声压时域信号,∆z 是水听器在垂直方向的间隔.一般浅海远场垂直阵接收信号的波阵面可以近似为同时到达,只需要做零时延相关.与浅海中不同,在深海中不同深度上波阵面到达时间差别较大,所以垂直相关处理中pz+∆z(t)(t+t)表示将其中一个信号做时延t之后再做互相关.频域内的垂直相关系数可以通过Fourier变换得到:其中Pz(w)和Pz+∆z(ω)分别表示两个接收点位置的声场,*表示复数共轭.w0和∆ω 分别表示中心频率和带宽.在下面的垂直相关性分析中,采用(5)式对接收水听器接收的时域声压信号进行处理得到实验垂直相关系数,用声传播模型计算频域声场经(6)式相关处理得到垂直相关理论结果.为了比较垂直相关性的大小,引入参考相关系数.一般认为,归一化相关系数大于参考相关系数0.707的两点间声场相关性较好.4 深海声场垂直相关特性及其理论解释4.1 声传播损失利用(2)式对垂直阵列接收的信号进行匹配滤波处理可得脉冲传播信号,然后由(4)式计算得到O2到O1 传播路径上二维声传播损失（TL）,结果如图5(a)所示.作为比较,图5(b)给出用抛物方程近似声场模型RAM-PE[18,19]计算的不同距离和深度上的TL[15,16].计算中,采用声学互易原理[20],将声源设定在0 km,不同的水听器所在深度,在原拖曳声源深度的不同距离处接收信号.仿真时频率范围与实验一致,为260―360 Hz,频点间隔为10 Hz.根据表1的海底采样测量结果及声影区传播损失反演可获得的等效海底参数[21],海底模型设置为两层液态海底[15],沉积层声速1555 m/s,密度1.6 g/cm3,海底衰减系数 0.35 dB/l,厚度为20 m; 无限大基底声速为1650 m/s,密度为1.8 g/cm3,海底衰减系数0.517×f1.07dB/λ [21,22],其中频率 f的单位为kHz.该海底模型及参数可较好地用于南海深海声传播损失计算[15].海水吸收系数a(单位dB/km)则用以下公式计算[20]:对比图5(a)和图5(b)可见,在最大传播距离172 km以内,基本上覆盖了3个会聚区,实验结果空间分布与模型计算的影区及会聚区的相对强度一致,表明不同距离上信号都具有较强的信噪比,且第一会聚区以内声场信噪比更高.过去受到实验条件限制,我国对深海大深度声场垂直相关性的研究起步比较晚.所以,本节将选用O2到O1 传播路径上的实验数据,分为直达声区、声影区和会聚区三个部分,探究平坦海底环境下大深度声场的垂直相关特性.实验选用O2潜标接收阵上所有27个水听器接收的数据,并与RAM-PE模型计算结果进行对比.RAM-PE模型计算时选择与实验信号一致的频率范围,即260—360 Hz,选取101个频点,频点间隔为1 Hz,其他环境参数与计算图5(b)声传播损失时相同.图5 O2到O1 传播路径上二维声传播损失对比(a)实验结果;(b)RAM模型计算结果Fig.5.TL along the propagation track from O2 to O1:(a)Experimental result;(b)numerical result.4.2 直达区声场垂直相关实验中O2垂直阵的最大接收深度为1866 m,在此深度下直达区宽度大约为10 km.首先,选取收发距离为2.0和4.2 km两个直达区内的典型收发距离进行垂直相关特性分析.4.2.1 距离2.0 km处声场垂直相关先对收发距离2.0 km处的声场垂直相关特性进行研究.图6 给出的是潜标垂直接收阵上不同水听器之间的声场自相关与互相关系数,(a)是实验结果,(b)是模型计算结果,模型结果与实验结果符合较好.互相关图以对角线为中心上下对称,中间的斜对角线是各阵元的自相关结果,归一化相关系数为1.从图中可以看出,2.0 km处接收阵的垂直相关性总体比较高.图7是以第1阵元(平均深度102 m)为参考阵元,与各个通道接收的信号做相关得出的垂直相关系数随着垂直间隔变化的实验结果和模型计算结果(即图6中第一行结果),两者符合较好.可见,在距离2.0 km处,垂直相关系数较高,随着垂直间隔的增加,垂直相关系数缓慢下降,但基本保持在参考相关系数0.707(图中蓝色虚线,下同)以上.图6 距离2.0 km处垂直阵声场垂直互相关(a)实验结果;(b)模型结果Fig.6.The vertical cross-correlation of sound fields in the whole array at the range of 2.0 km:(a)Experimental results;(b)numerical results.图7 距离2.0 km处声场垂直相关随间距的变化,其中参考阵元深度102 m,虚线为参考值0.707Fig.7.The vertical correlation coefficients at the range of 2.0 km for the reference depth at 102 m,where the dashed line representing the reference value 0.707.深海声场中有效简正波号数比较多,而射线声学物理图像清晰,在深海环境中能较好地反映声波在海水中的传播特性.以高斯波束追踪法[23]为基础的BELLHOP射线模型可以计算水平变化环境中声线轨迹、时间到达结构和声强.这里用BELLHOP模型对2.0 km处垂直相关系数的变化结果进行定性分析和机理解释.图8给出距离2.0 km,声源深度126 m,接收深度分别为167 m,357 m 和1453 m 时的本征声线及时间到达结构.为了使结果更加直观,对不同大小掠射角的本征声线用不同颜色进行区分,小于10°为青色,10°—20°为红色,20°—40°为深蓝色,40°—65°为绿色,后文均采用相同的颜色标注.从图8可以看出,到达垂直阵的声线多为直达声线(DR)和一次海面反射声线(SR),且随着接收深度增加,两条声线之间到达时间差逐渐增大.图9给出整个垂直阵深度上的时间到达结构实验结果与BELLHOP计算结果的对比.从图中可以看出,两者比较符合,直达区2.0 km处接收声信号主脉冲结构简单,垂直相关性整体较高.随着接收深度增加,两条声线到达时间差逐渐增大,信号多途畸变更明显,从而导致图7中垂直相关系数随着垂直间隔增加而下降.下面将使用射线声学理论对直达区声场的垂直相关性进行定量分析和近似推导.由于近场声波经海底大角度反射后的声能量衰减较大,故只考虑对直达区声场起主要贡献的DR和SR,即图10所示的两条声线.图11给出了这两条声线的声源掠射角和时间到达结构,直达区接收点接收到的声压可以近似表示为[24]图8 直达区内2.0 km距离处不同接收深度本征声线和时间到达结构(a),(b)167 m;(c),(d)357 m;(e),(f)1453 mFig.8.Eigenrays and arrivals received at three different depths at the range of 2.0 km in the direct zone:(a),(b)167m;(c),(d)357 m;(e),(f)1453 m.图9 直达区内2.0 km距离处不同接收深度多途到达结构比较(a)实验结果;(b)模型结果parison of the experimental multipath structures on the vertical line array at the range of 2.0 km in the direct zone with numerical ones:(a)Experimental result;(b)numerical result.图10 直达区内对声场起主要贡献的两条声线,其中声源深度126 m,接收深度1453 mFig.10.The two main rays contributing to the sound field in the direct zone,where the source and receiver are at the depth of 126 and 1453 m,respectively.其中S(w)表示声源的频谱,W为单位立体角内的辐射声功率,Fi表示第i条声线的聚焦因子,Ri表示第i条声线的斜距,ti(i=1,2)表示第i条声线的传播时间.因为声源深度较浅,两条声线的轨迹基本一致,声源掠射角的绝对值近似相等,即|a1|≈|a2|,同时可以认为聚焦因子F和斜距R基本一致.令Dt=t2–t1,则(8)式中两条声线的相干叠加部分可以近似表示为其中为幅度值.因为两条声线满足|a1|≈|a2|,Dt可以近似表示为[24]由(10)式可知,Dt随着声源深度zs的增加而增大.在典型深海条件下,当收发距离不变时,|a2|的值随着深度的增加而增大,因此两条声线的到达时间差Dt随着接收深度的增加而增大.图11 直达区内对声场起主要贡献的两条声线的初始掠射角及时间到达结构(a)声源处的掠射角;(b)时间到达结构(声源深度126 m,接收深度1453 m)Fig.11.The two main rays contributing to the sound field in the direct zone:(a)The grazingangles at source location;(b)the arrivals of the two rays(The source and receiver are at the depth of 126 and 1453 m,respectively).同理,接收点(r,z+Dz)处的声压可以表示为其中为幅度值.在窄带带宽Dw内,有Az(ω)≈Az(ω0),Az+∆z(ω)≈Az+∆z(ω0).将(9)式和(11)式代入(6)式,分子分母同时约去幅度项,可得:由于参考点(r,z)选定后,t1和Dt为定值,时延t可以使项实部近似等于最大值1,故(12)式中的相位变化主要取决于根据上述理论分析,收发距离2.0 km处,以第一阵元(平均深度102 m)为参考阵元,用BELLHOP模型计算得到的DR和SR的到达时间差和相位差随深度的变化如图12所示.从图中可以看出,随着接收深度的增加,两条声线的到达时间差逐渐增大,而相位差在[0,2π] 内无规则振荡变化.最后,用近似公式(12)式计算得到参考深度为102 m时垂直相关系数随垂直间隔的变化,如图13中青色曲线所示.从图13结合图9可以看出,近似公式只考虑两条声线,而实际接收的信号及宽角RAMPE计算的信号里包括一定角度范围内的声能量,所以(12)式计算得到的相关系数在500 m以浅与实验结果及RAM-PE模型[18]计算结果有0.15左右的偏差,但是基本能够反映直达区声场的高垂直相关性.图12 由射线模型计算的距离2.0 km处对声场起主要贡献的两条本征声线DR和SR的(a)到达时间差和(b)相位差随接收深度的变化Fig.12.Numerical travel time differences(a)and phase differences(b)of the two eigenrays(DR and SR)with the increase of the receiving depth at the range of 2.0 km from Bellhop model.图13 由近似公式(12)式计算的垂直相关系数随着垂直间距变化与实验结果及RAM-PE模型结果的对比parison of the numerical vertical correlations computed by Eq.(12),with the experimental data and RAM-PE model results at the range of 2.0 km.4.2.2 距离4.2 km处声场垂直相关当收发距离增加到4.2 km时,潜标垂直接收阵较浅深度的水听器处在声影区内,而部分较深的水听器处在直达声区内.图14给出了各水听器接收声信号的互相关实验结果和模型计算结果,可以看出,与收发距离2.0 km处的结果相比,编号较小的阵元所在的浅层深度声场垂直相关性显著偏低,而在11阵元(平均深度357 m)以下,阵元间的垂直互相关性较高.为了分析垂直相关性随深度的变化情况,图15给出了参考深度分别为102 m和357 m时的垂直相关系数随着垂直间隔变化的曲线,可以看出,参考深度为102 m时垂直相关系数随着垂直间距下降迅速,并很快维持在0.3左右,而以第11阵元为参考阵元的垂直相关系数随着深度增加下降缓慢,与收发距离2.0 km处的情况比较类似,相关系数基本维持在0.707上下.图16是用BELLHOP模型计算得到的距离4.2 km处声源深度126 m,接收深度分别为167 m,357 m和1453 m的本征声线和时间到达结构.图17是时间到达深度结构的实验结果与BELLHOP计算结果比较.对比图16和图17可以看出,4.2 km 处深度较大的地方仍然处于直达区,对声场起主要贡献的是两条声线DR和SR,声信号主脉冲结构简单,相关性较高,垂直相关系数随着垂直间隔的增加下降缓慢.而357 m以浅的接收深度处于影区,经历一次海底反射的声线对声场的贡献占主,声信号主脉冲多途到达结构复杂,使得这部分阵元接收到的信号与其他深度阵元接收到的信号之间相关性较差,垂直相关系数降低,且随着深度增加下降较快.图14 距离4.2 km处垂直阵声场垂直互相关(a)实验结果;(b)模型结果Fig.14.The vertical cross-correlation of sound fields in the whole array at the range of4.2 km:(a)Experimental results;(b)numerical results.图15 距离4.2 km处两个不同参考深度上声场垂直相关随间距的变化(a)参考深度102 m;(b)参考深度357 mFig.15.The vertical correlation coefficients at two different reference depths at the range of 4.2 km:(a)For reference depth 102 m;(b)for reference depth 357 m.4.3 声影区声场垂直相关图18和图19分别给出第一影区内13.6 km和33.2 km两个不同距离处的接收阵各水听器接收声场的垂直互相关实验结果和模型计算结果的比较.从图18和图19可以看出,与图6和图7的直达区结果相比,声影区内声场垂直相关系数整体偏小,而距离33.2 km处的垂直相关比13.6 km处的稍高,并且从实验结果和模型计算结果中都可以看到随着间隔增大声场垂直相关系数有较小幅度起伏.为了进一步说明第一影区声场垂直相关特性的变化,图20给出了参考深度为102 m时两个收发距离的垂直相关系数随垂直间隔的变化曲线.从图中可以看出,同一收发距离下,垂直相关系数随垂直间距下降明显,垂直相关性整体较低.距离33.2 km处的垂直相关系数比13.6 km处平均高0.2左右,而且垂直相关系数随间隔的周期性变化更加明显.图21给出了用BELLHOP模型计算得到的两个收发距离处的本征声线和时间到达结构,声源深度126 m,接收深度865 m.图22和图23分别是距离13.6 km和33.2 km处的时间到达深度结构的实验结果和BELLHOP模型计算结果,可以观测到经过一次和两次海底反射的声能量到达.对比图21—图23可以看出,进入影区之后,对声场起主要贡献的从直达声线变成了海底反射声线,它们构成的声信号主脉冲随着深度的增加逐渐分裂为声源(-海面)-海底-接收和声源(-海面)-海底-海面-接收的两部分能量相近的脉冲.它们对声场垂直相关性的影响主要体现在以下两个方面: 1)随着深度的增加两部分声线到达时间差增大,多途干涉更加复杂,进而导致声场垂直相关性降低; 2)随着距离的增加,到达接收阵的海底反射声线掠射角减小,两部分声线路程差相对减小,到达时间差减小; 对比两个不同距离处的时间到达深度结构可以看出,随着距离增大,多途展宽变窄,到达结构反而变得更加简单,从而提高了垂直相关性.图16 直达区内4.2 km距离处不同接收深度的本征声线和时间到达结构(a),(b)167 m;(c),(d)357 m;(e),(f)1453 mFig.16.Eigenrays and arrivals received at three different depths at the range of 4.2 km in the direct zone:(a),(b)167m;(c),(d)357 m;(e),(f)1453 m.4.4 第一会聚区声场垂直相关从图5的传播损失结果可见,不同深度处的第一会聚区大约位于50 — 60 km附近.为了探究第一会聚区附近垂直相关性的变化规律,不失一般性,选取50 km位置进行第一会聚区声场垂直相关性研究.第二、第三会聚区具有和第一会聚区相似的规律,这里不再展开讨论.图17 直达区内4.2 km距离处垂直阵深度覆盖范围内的多途到达结构比较(a)实验结果;(b)模型结果parison of the experimental multipath structures from the receivers on the vertical line array at the range of 4.2 km in the direct zone with numerical ones:(a)Experimentalresult;(b)Numerical result.图18 距离13.6 km处垂直阵声场垂直互相关(a)实验结果;(b)模型结果Fig.18.The vertical cross-correlation of sound fields in the whole array at the range of 13.6 km:(a)Experimental results;(b)numerical results.图19 距离33.2 km处垂直阵声场垂直互相关(a)实验结果;(b)模型结果Fig.19.The vertical cross-correlation of sound fields in the whole array at the range of 33.2 km:(a)Experimental results;(b)numerical results.图24给出距离50 km处接收阵各通道声场垂直相关的实验结果和模型计算结果的比较.图25给出参考深度分别为102 m(第1阵元)和634 m(第15阵元)时垂直相关系数随着接收深度的变化曲线.从图24和图25可见,50 km处垂直相关性整体比较高,并且随着接收深度的增加呈现出周期性振荡趋势.图20 第一影区内两个不同距离处声场垂直相关随间距的变化,其中参考深度102 m,接收距离分别为13.6 km 和33.2 parison of the vertical correlation coefficients at two different ranges of 13.6 km and 33.2 km in the first shadow zone for the reference depth at 102 m.图26给出了第一会聚区附近(50—60 km)接收深度范围内传播损失的实验结果和RAM-PE模型计算结果的比较.从图中可以看出,在会聚区附近的高声强区域,声能量分布在空间垂直方向上呈现出清晰的明暗相间条纹.仔细观察可见,图26中50 km 处的声能量在垂直方向上的振荡与图25中垂直相关系数的振荡现象具有较强的相似性.为了进一步探究声能量的振荡规律与垂直相关性之间的关联性,给出50 km处归一化声能量在垂直深度上的分布,如图27所示.对比图25和图27可以看出,声能量随着接收深度的增加呈现出振荡趋势,并且振荡规律与垂直相关系数随接收深度变化的振荡规律基本一致,二者具有较强的关联性.下面使用射线理论,分析50 km处声能量及垂直相关系数随接收深度增加而振荡的原因以及两者之间的关联.针对收发距离50 km处3个典型接收深度(167 m,836 m和1453 m)进行分析,分别代表经海底小角度反射后的声场能量为主、及水体中折射加上海面反射时延不同导致干涉现象的差异,图28给出了BELLHOP射线模型计算的主要本征声线和时间到达结构.图29为50 km距离处的时间到达深度结构的实验结果和模型计算结果比较.结合图27不同接收深度的相对强度可以看出,对600 m以浅的声场起主要贡献的是四条一次海底反射声线,声线与海底作用能量损失较大且接收声信号主脉冲多途干涉复杂,声场的垂直相关性相对较低.而对600—1550 m深度范围内的声场。
浅海声场矢量物理特性及应用研究的开题报告
浅海声场矢量物理特性及应用研究的开题报告一、选题背景和意义海洋是地球上最重要的生态系统和诸多自然资源的所在地，而实现对海洋自然资源的可持续利用，则需要对海洋环境进行长期、全方位的监测与保护。
而利用声波对海洋环境进行探测则是一种相对便捷、高效的方法，其中就包括了浅海声场矢量物理特性的研究。
浅海的水深较浅，通常在几十到几百米之间，水体对声响的传播有很大的影响，同时浅海中水体的运动也更为复杂，因此对浅海声场的研究具有重要的现实意义。
二、研究内容和目标本研究的主要目的是通过对浅海声场矢量物理特性的分析，揭示浅海中声波传播的规律和水体运动对声波传播的影响，探究其在海洋生态环境监测、海洋工程、军事等领域中的应用前景和前沿技术。
具体来说，我们将对以下内容展开研究：1、浅海声场的形成机理和变化规律，包括岸边反射、散射、声速梯度等与深海声场存在差异的物理机制；2、浅海水体的物理运动对声波的影响，包括水流的速度、方向、强度等参数；3、利用数值模拟和实际观测相结合的手段，研究浅海声场的特点和传播规律，分析传播路径上的环境变化对声波的影响；4、浅海声场在海洋环境监测、海洋工程、军事等领域中的应用前景和前沿技术，包括针对浅海环境的声学定位、水声通信和反潜任务等应用领域。
三、研究方法和流程本研究将采用多种手段进行分析和验证，主要包括：1、通过海洋科学的文献研究，了解目前国内外有关浅海声场矢量物理特性的研究现状和成果；2、运用数学、物理等相关学科知识，建立浅海声场传播的物理模型，并通过计算机数值模拟验证模型的可行性和准确性；3、在浅海实际研究中利用声波传感器等装置对声场进行实时监测和数据采集，并通过实验室实验验证理论分析的正确性和可靠性。
四、预期结果和意义本研究将解析浅海中声波传播的物理规律和环境特性，为海洋生态监测、海洋工程、军事等领域提供重要的理论基础和技术支持。
同时对浅海声场特性的深入探究，也有助于揭示海洋生态系统的变化规律和特征，有助于制定科学的海洋资源保护和利用战略，为国家海洋事业的发展提供有益的参考和支持。
MEMS矢量水听器阵列信号处理研究
Ｒ＝ ∑ Ｖ ＋ ∑ ， ｓ ＂
式中
（） ３
为 由大特 征值对 应 的特征 向量 张成 的子空 间亦
体 周伺 介质 的密度 与水接近 。因此 ， 在透声 橡胶 帽 内注满
与水密度接近又绝缘 的硅油 。水 听器 的封装示 意 图如图 ２
所示 。
即信号子空间 ， 为 由小特征值对应 的特征矢量 张成 的子
图 ２ ＭＥ ＭＳ水 听 器 的 封装 示 意 图
Ｆｉ Ｄｉ ｇ ａ ｏ ｈ ｎ ａｐ ｕ ａ ｅ ＥＭ Ｓ ｖ ｃ ｏ ｄｒ ｐ ｎｅ ｇ２ ａ ｒ ｍ ｆ ｔ ｅ ｅ ｃ ｓ ｌ ｔ ｄ Ｍ ｅ ｔ ｒ ｈｙ ｏ ｈｏ ｓ
， ＝ ３ 组 阵 实 验 研 究
．
㈩
利 用国防一级计量站 的矢量水 听器校 准装置对 ＭＥ ＭＳ 矢量水 听器 进行了初 步标定 ， 标定结 果如 图 ３所 示。 由此
为了验证 ＭＥ 矢量 阵的 目标估 计性能 ， ＭＳ 进行 了多次
外 场实验。实验环境 为深海 ， 测试海域比较宽 阔， 测试 水域 较 深 ， 以， 所 环境 噪声 较为理想 ， 以认 为是各 向同性 噪声 可 场 。实验采用 的是面 阵 ， ２个平 行 的均 匀线 阵组 成 ， 由 其 中， 每个线阵均是 由３只 ＭＥ ＭＳ矢量水听器组成 ， 各阵元间
ａ ｌｃ ｔｏ ｐｐ ｉａｉｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＭＥＭ Ｓ ｖ ｃｏ ｒａ ｅ ｔｒａ ｒｙ；Ｍ ＵＳ Ｃ ｌｏ ｉｈ ；ｓｇ ａ ｏ ｅ ｓｎｇ Ｉ ａｇ ｒｔ ｍ ｉｎ ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｌ
０ 引 言
和对水下运动 目标 的可靠跟 踪能力 ， ＭＥ 为 ＭＳ矢 量水听器 的工程化应用 奠定 了基础 。
收 稿 日期 ：０ １ １— ５ ２ １ － １ １
水声传感器阵列信号处理技术研究
水声传感器阵列信号处理技术研究前言水声传感器阵列信号处理技术是水声通信的关键技术之一，也是目前较为先进的水声通信技术。
本文将对水声传感器阵列信号处理技术进行研究和介绍。
一、水声传感器阵列的基本原理水声传感器阵列是由若干个水声传感器构成的，通过这些传感器可以获得水下信号，并对信号进行处理，最终实现对水下目标的探测和追踪。
水声传感器阵列的基本原理是利用多个传感器同时接收相同水下信号，利用信号加权叠加，提高信噪比，从而获得更为准确的信号信息。
二、水声传感器阵列信号处理技术1. 相干波束形成技术相干波束形成技术是水声传感器阵列信号处理的基本技术之一，它是指通过合理的加权叠加，使得传感器阵列接收到的声波信号产生相干，提高信号的强度，从而实现对水下信号的探测和追踪。
在相干波束形成技术中，常用的算法有：波束形成算法、空间谱估计算法、共轭梯度算法、最小均方误差算法等。
2. 数据处理技术数据处理技术是水声传感器阵列信号处理的另一重要技术。
数据处理技术主要包括数据预处理、特征提取、分类等步骤。
其中数据预处理包括对原始数据进行滤波、降噪等操作，特征提取包括对信号的能量、频率等特征进行分析提取，分类则是根据特征进行目标识别和分类。
在数据处理技术中，常用的算法有：小波变换、自适应滤波、高通滤波、卡尔曼滤波等。
三、水声传感器阵列信号处理技术在水声通信中的应用相比于传统的单一传感器水声通信技术，水声传感器阵列信号处理技术可以实现更高效、更准确的水声通信。
水声传感器阵列信号处理技术的应用主要包括：目标探测与追踪、水声通信、声呐成像、声纳定位、水下导航等。
在水声通信中，水声传感器阵列信号处理技术可以通过更准确的信号处理和波束形成，实现更高效的通信，提高水下通信的可靠性和实际应用性。
四、水声传感器阵列信号处理技术的发展方向当前，随着水下开发和应用的不断推进，水声传感器阵列信号处理技术也在不断发展和完善。
未来，水声传感器阵列信号处理技术的发展方向主要包括以下几个方面：1. 更高效的算法和技术随着计算机技术的不断进步，可以利用更高效的算法和技术来处理水声传感器阵列信号。
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于水声 聚焦 相控 阵理论 研 究 的 报道 。医学 应 用 中的卡 Ｈ
有 的反 鱼 雷手段 已不 足 以对 抗 这类 高 速 鱼雷 ， 于是 ， 寻
控 阵高强度 聚焦 超 声 （ ＩＵ） 水 声 聚 焦 相 控 阵 存 住 ＨＦ 与 类似 ， 相控 式 Ｈ Ｆ ＩＵ通 常 要 求 阵列 具 有 焦 点 模 式 灵活 、 栅瓣 级低 等声 场 控 制 特 性 ｌ ， ５ 并一 般 采 用 凹 曲 面 阵列 Ｊ
国在从 事 该 技 术 的研 究 或 已研 制 成 功 找新 的反 制手段 无 疑是必 要 的 。 基于 超空 泡技术 的鱼 雷 ， 为大 幅减 少 摩 擦 阻力 ， 除 。同 时 ， 现
目的。高强 度声 波一 般 是 通 过 声 波 的 聚 焦 来 实 现 ， 而 反 鱼 雷要求 能 够 移 动 聚 焦 焦 点 的位 置 ， 只 有 通 过 水 这
超 空泡 鱼 雷 可 以在 水 中实 现超 高 速 运 动 ， 对 于 相
于高速 运动 的超 空 泡鱼 雷 ， 以达 到 干 扰 超 空 泡 鱼 雷 的
传统 的鱼 雷 ， 速度 上有 着极 大 的提 高 ， 在 对潜 艇 和水 面 舰艇构 成 了更大 的威 胁 。 目前 ， 国、 国 和俄 罗斯 等 美 德
区域 ， 析 了水 声 聚 焦 相 控 阵 在 同情 况 下 的聚 焦 件 分
通讯作者 曾新吾 男， 教授 ， ｆ生导师 ，９３年牛 博 ： １６
第１ ９期
周泽 民等 ：水声 聚焦相控阵列及其声场特性研究
８ ７
能， 为水 声 聚焦 相控 阵列 提供初 步 的理 论支 持 。
式 中 ： ＝１２， ， ， ｍ ， … ｒ 为第 ｍ个 控 制 点 的位置 ， 和
深度 ， 阵列 的纵 向 尺度 应 控 制 在 ６ ｍ 以 内 。在 有 限 的
（ Ｙｚ ， 用 文 献 ［Ｏ］ ， ，） 采 １ 中介 绍 的投 影 法 和 二 次项 展
开， 对式 （ ） 行 推导 ， 以得 到 凸球 面 相 控 阵 列 换 能 ２进 可 器 的声 场传 播公 式 ：
包络 ， 减缓 鱼 雷 的速 度 和改 变 其方 向 ， 用 实验 初 步 验 并 证 了方法 的 可行 性 ， 出强 声 波在 水 中 的 空 化作 用 影 给
目的是建立 水 声 聚焦 相 控 阵 的基 本模 型 ， 于有 限 尺 基 度 的 凸球 面 相控 阵列 ， 现 住较 大 扫 描 范 产 能 敛 实
振
动
与
冲
击
第 ３ 卷第 １ １ ９期
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ ＡＮＤ ＨＯＣＫ Ｉ Ｓ
水 声 聚 焦相 控 阵 列及 其声 场特 性 研 究
周泽 民 ，曾新吾
（ 国防科技大学 光 电科学与工程学 院， 长沙 ４ ０７ ） １０ ３
摘 要 ：针埘超空泡鱼雷的流体动力受空泡包络形态强烈约束的特点， 研究了一种用于扰乱其空化包络的水卢聚
来提 高声 强 增 益 。水 声 聚 焦 相 控 阵 ， 于应 用 背 景 由 不同， 设计 方 案 和 关 注参 数 将 存 在 一 定 差 别 本 义 的
头部 空化 器 与水 接 触 外 ， 有鳍 舵 舵 面及 部 分 尾 部 与 只 水接 触 ， 且 其 流 体 动 力 受 空 泡 包 络 形 态 的强 烈 约 并 束 。Ｐｔ 提 出利 用强 声波 扰乱 超空 泡 鱼雷 的空 泡 ｅｒ ｅ
列 非线性 声场 的复 杂性 ， 工 作 尚在进 行 巾。在 这 ， 该
收 稿 日期 ：２ １ —０ ２ 修 改稿 收 到 日期 ：０ １—１ ０ １ ２— １ ２１ ０—２ ０ 第 一 作 者 周 泽 民 男 ， 上 生 ，９６年 生 博 １８
本 文利用 线 性声 学 方 法 ， 点研 究 了 阵 列 的 效 聚 焦 重 区域 ， 义为 阵列 能 成 功 对 抗 超 空 泡 鱼 雷 的 焦 点 移 动 定
１ 水 声 聚 焦 相 控 阵 列
聚焦相控阵列是通过 控制发射信号 的延迟 ， 使各
阵元 发 射 的声 波 在 预 定 焦 点 处 同相 叠 加 ， 到 声 束 聚 达
焦 的 目的 。一般 地 ， 曲面 相 控 阵列 具 有 几 何 会 聚能 凹 力 ， 声 强增 益 、 制 栅 瓣 等 方 面 具 有 优 势 。然 而 ， 在 抑 计
ｍｅ ｈ ｄ．Ｉ ｓｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｒ ｙ ｔ ｈ ｎｉ ｍ ｌ ｍｅ ｔｓｚ ｎ ｈｅ ｌｒ ｅ ｅ ｍ ｎ ｌ ｉｅ ｔ ｅ ｉｔ ｎ ｉｙ ｏ ｏ ｕ ｔｏ ｔｗａ ｈ ｗｎ ｔ ａ ｈ ｒａ ｓｗｉ ｔ ｅ ｍｉ ｍｕ ｅｅ ｎ ｉｅ ａ ｄ ｔ ａｇ ｒｂ ａ ａ ｇｅ ｒｓ ｈ ｎｅ ｓｔ ｆｆｃ ｓ ｈ ｐｒｓ ｕ ｅ，ａ ｄ ｅ ｐａ ｄ ｔ ａｉ ｏ ｕ ｉ ｅ ｉｎ ｕ ｄ ｒｔ ａ ｍｉｓｏ ｒ ａ；ｈ ｗｅ ｅ ，ｔ ｆｅ ｔｏ ｈ ｒａ ｐ ｒｕ ｅｏ ｅ ｓｒ ｎ ｘ ｎ ｈｅｖ ｌ ｆ ｃ ｓｎｇｒ ｇ ｏ ｎ ｅ ｈｅｓ ｍｅ ｅ ｓ ｉｎ ａ ｅ ｄ ｏ ｖ ｒ ｈｅｅ ｆｃ ｆｔ ｅ ａｒ ｙ ａ ｅ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｖ ｌ ｏ ｕｓｎ ｅ ｉｎ ｉ ｍａｌ ｒ ｈ ａ ｉ ｆ ｃ ｉ ｇ ｒｇ ｏ ｓ ｓ ｌ ．Ｆｉ ｌｙ，ｔ ｅ ｐｏ ｓｂ ｅ ａ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｌｉ ｌ —ｏ ｕ ａｔ ｒ ｓ ｉｖ ｓｉ ａｅ ． ｄ ｅ ｎａｌ ｈ ｓ ｉ ｌ ｐｐ ｉ ｔｏ ｆａ ｍｕ ｔｐ ｅ ｆｃ ｓ ｐ ｔｅ ｎ ｗａ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ｃ Ｋｅ ｒ ｓ： ｕ ｄｅ ａｅ ｏ ｕ ｅ ｃ ｕ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｎ ｒ ｔｒｆ ｃ ｓ ｄ ａ ｏ ｓｉ ｗ ｃ；ｐ ａ ｅ ｒａ ｓ ｏ ｎ ｅ ｄ；ｓ ｐ ｒ ａ ｉ ｏ ｈ ｓ ｄ ａ ｒ ｙ ；ｓ ｕ ｄ ｆ ｌ ｉ ｕ ｅ ｃ ｖｔ ｎ ｉ
强 空化 的声 焦 点 。严 格 来 说 ， 文 涉 及 的声 场 汁算 应 本
利 用非线 性 声 学理 论 来 研 究 ， 限 于水 声 聚 焦 相 控 阵 但
响 了超 空 泡 航 行 体 的 运 动 轨 迹 的 假 想 。在 实 际 应 用
中， 基本 构想 是 舰 艇 在 一 定 距 离 外将 高 强 度 声 波作 用
Ｆｕ ｔ ｅ ｍ ｏ ｅ，ｔ ｅ ｓ ｕ ｄ ｆｃ ｓｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ｂ ｖ ｒａ ｒ ｉ ｌｔ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ａ ｅ ｎ ｐ ｅ ｄ —ｎ ｅ ｓ ｒｈ ｒ ｒ ｈ ｏ ｎ ｏ ｕ ｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｈｅ ａ ｏ ｅ ａｒ ｙ ｗｅｅ ｓｍｕ ａｅ ｎ ｎ ｌ ｚ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓ ｕ ｏ ｉ ｖ ｒ ｅ
ｓ分 别 为第 ｎ个 阵元 表 面 上 的法 向振 速 和 表 面 积 ， ｒ 为控 制 点 ｍ到 第 ｎ阵元 上各 积分 微元 中心 点 的距离 。
对 于阵元 的投影 形状 为 相 同矩 阵 的凸 球 面相 控 阵
列 ， 阵元 宽度 为 Ａ 阵元 高 度为 Ａ ， 设 ｗ， ｈ 阵元 面积 为 △ ，
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ａｉ ｎｇ ａ ｈ ａ ｔｔ ａ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｈａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｕ ｅ ｃ ｖｔ ｔ ｏ ｐ ｄ ｅ ｔｏ ｇｙ ｄ ｐ ｎ ｎ ｍｉ ｔｔ ｅ ｆｃ ｈ ｔｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｃ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｆ ｓ ｐ ｒ ａ ｉ ｉ ｔ ｒ ｅ ｏ ｓ ｓｒ ｎ ｌ ｅ ｅ ｄ ｏ ａ ｎｇ ｔ ｅ ｓ ｅ ｃ ｖｔ ｎ ｅｏ ｓ，ａｈ ｇ ｎ ｅ ｓｔ ｎ ｅ ｗａｅ ｈ ｕｐ ｒ ａ ｉ ｅ ｖ ｌｐｅ ｙ ｉ ｈ ｉ ｔｎ ｉｙ ｕ ｄ ｒ ｔｒ￣ｃ ｓ ｄ ａ ｏ ｓｉ ｈａ ｅ ｒａ ｅ ｏ ｒ ｍｏ ｅｙ ｄ ｓｕ ｔｔ ｉ ｎ ｅ ｏ ｕ ｅ ｃ ｕ ｔｃｐ ｓ ｄ ａ ｒ ｙｕｓ ｄ ｔ ｅ ｔｌ ｉｒ ｐ ｈ ｓｅ ｖ ｌｐｅ ｓ ｒａ ｅ ｗａ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｅ ｅ Ｆｉｓｌ ｔ ｅ ｅ ｉ ｎ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ａ ｕｎ ｅ ｗａｅ ｆ ｃ ｅ ａ ｏ ｓｉ ｐ ａ ｅ ａ ｒ ｙ ｕ ｆｃ ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ｈ ｒ ． ｒｔ， ｈ ｄ ｓｇ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｆ ｎ ｄ ｒ ｔｒ ｏ ｕｓ ｄ ｃ ｕ ｔｃ ｈ ｓ ｄ ｒａ ｗｅ ｅ ｒ ｄｉｃ ｓ ｅ ｓ ｕ ｓ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｅｆｃｅ ｔｓ ｕ ｄ ｆ ｌ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｆ ｒ ｌ ｏ ｏ ｖ ｘ ｓ ｈ ｒｃ ｌｓ ｃｉ ｎ ｐ ａ ｅ ｒａ ｓ ｄ ｒｖ ｄ． ｎ ｈ ｎ ａ ｆｉｉ ｎ ｏ ｎ ｉ ｄ ｃ ｌｕ ａｉ ｏ ｍｕ ａ ｆｒ ａ ｃ ｎ ｅ ｐ ｅ ｉ ａ— ｅ ｔ ｈ ｓ ｄ ａ ｙ ｗａ ｅ ｉｅ ｅ ｏ ｏ
中 图 分 类 号 ：０ ２ ． ；Ｐ １ ４２２Ｔ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｎ ｕ ｅ ｗａ ｅ ｏ ｕ ｅ ｃ ｕ ｔｃ ｐｈ ｓ ｄ ａ ｒ ｙ ａ ｔ ｏ ｄ ｅ ｄ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｎｄ ｒ ｔ ｒ ｆ ｃ ｓ ｄ ａ ｏ ｓ ｉ ａ ｅ ｒ ａ ｎｄ ｉｓ ｓ ｕｎ ｆ ｌ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｉ
焦相控 阵列 。首先讨论 了水声 聚焦相控 阵列 的设计要求 ， 推导 了凸球 面相控阵换能器 的声场传播 公式 ， 后利用基 十伪 然 逆矩阵的声场合成算法对阵列的聚焦性能进行 仿真 ， 结果显示 ， 在相 同的阵列发射 面积下 ， 采用 波束宽度 较大的小 阵兀 ， 可以相对提高声焦点处的压强和扩大有效聚焦区域 ， 阵列孑 径对有效聚焦区域的影响较小 。最后仿真研究 ＿多焦点控 而 Ｌ ｒ 制模 式可能的应用 。 关键词 ：水声 聚焦 ； 相控阵列 ； 场 ； 声 超空泡
ＺＨＯＵ — ｎ．ＺＥＮＧ Ｘｉ 一 Ｚｅ ｍｉ ｎ Ｍ
（ ｏｅｅｏ ｐ — ｅｔｃＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅ ｎ ， ａｏ ａ Ｕ ｉｅｓｙｏ Ｄ ｆ ｓ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈｎ ｓａ４０ ７ ， ｈｎ ） Ｃ ｌｇ ｆ ｔ ｅ ｃ ｃ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ｇ Ｎ ｔ ｎｌ ｎｖｒｉ ｆ ｅ ｎｅＴ ｃｎｌ ｙ Ｃ ａ ｇｈ １０ ３ Ｃ ｉ ｌ Ｏ ｏｌ ｒ ｉ ｅ ｉ ｉ ｔ ｅ ｏ ａ