空中运动声源激发水下声场的计算及特性分析

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第４卷第４期２０１３年１２月
现
代
应
用
物
理
Ｖｏ１．４，ＮＯ．４
Ｄｅｃ．２０１３
ＭＯＤＥＲＮＡＰＰＬＩＥＤＰＨＹＳＩＣＳ
空中运动声源激发水下声场的计算及特性分析
唐玉志，蔡宗义，刘瑜
（西北ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技术研究所，西安７１００２４）
摘要：为获得谐波族信号在水下激发声场的一般规律，采用简正波模型，计算了典型波导中
不同声源运动参数时的水下声场，获得了其空间分布、谱分布和多普勒效应数据。结果表明，对于谐波族信号激发的水下声场，声源运动的多普勒效应导致水下声场中信号的频率成分与
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅｃｏｍｍｏｎｒｕｌｅｆｏｒｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄｅｘｃｉｔｅｄｂｙｍｏｖｉｎｇｓｏｕｒｃｅｉｎｔｈｅａｉｒ，ｗｈｉｃｈｒａｄｉａｔｅｓｓｅｔｓｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓｉｇｎａｌ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｙｐｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｍｏｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍｏｖｉｎｇｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｍａｄｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｎｏｒｍａｌｍｏｄｅｍｏｄｅ１．Ｄａｔａａｒｅａｌｓｏａｃｑｕｉｒｅｄｏｎｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅＤｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｆｏｒｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄｅｘｃｉｔｅｄｂｙｓｅｔｓｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅＤｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔｉｎｄｕｃｅｄｂｙｍｏｖｉｎｇｓｏｕｒｃｅｓｈａｓｌｅｄｔｏｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｌｉｎｅｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｏｆｓｉｇｎａｌｆｒｏｍｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄｅｑｕａｌｓｔｏｔｈｅｓｕｍｏｆｏｒｄｅｒｓｏｆｔｈｅｎｏｒｍａｌｍｏｄｅ。ａｎｄｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｍｏｖｉｎｇｓｏｕｒｃｅｉＳｍｕｃｈｍｏｒｅｃｏｎ— ｒｐｌｅｘｔｈａｎｔｈａｔｏｆａｓｔａｔｉｃｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄｔｈｅＤｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｎｏｒｍａｌｍｏｄｅｍｏｄｅｌｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅｗｉｔｈｔｈａｔｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｒａｙｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｓｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｃａｎｓｅｒｖｅａｓｇｕｉｄ — ａｎｃｅｔＯｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｍｏｖｉｎｇｔａｒｇｅｔｉｎｔｈｅａｉｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｕｎｄｅｒ — ｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｖｉｎｇｓｏｕｒｃｅ；ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｅｌｄ；ｎｏｒｍａｌｍｏｄｅ；Ｄｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔ
简正波总阶数相同；水下声场的干涉图像较声源静止时更复杂；基于简正波模型和声线模型的多普勒效应基本一致。该结论可为基于水下声场的空中运动目标检测算法设计提供指导。关键词：运动声源；水下声场；简正波；多普勒效应
中图分类号：Ｏ４２７．１文献标志码：Ａ文章编号：（２０１３）０４—３６５—０９
ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＦｉｅｌｄＥｘｃｉｔｅｄｂｙＭｏｖｉｎｇＳｏｕｒｃｅｉｎｔｈｅＡｉｒ
ＴＡＮＧＹｕ — ｚｈｉ，ＣＡＩＺｏｎｇ — ｙｉＬＩＵＹｕ
．
（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＸｉ ’ ａｎ７１００２４，Ｃｈｉｎａ）