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高速垂向运动声源声场干涉特性及其可观测性

赵春鹏 梁国龙 邱龙皓 付进 柳国龙

赵春鹏, 梁国龙, 邱龙皓, 付进, 柳国龙. 高速垂向运动声源声场干涉特性及其可观测性[J]. 声学学报, 2023, 48(6): 1081-1097. doi: 10.12395/0371-0025.2022067
引用本文: 赵春鹏, 梁国龙, 邱龙皓, 付进, 柳国龙. 高速垂向运动声源声场干涉特性及其可观测性[J]. 声学学报, 2023, 48(6): 1081-1097. doi: 10.12395/0371-0025.2022067
ZHAO Chunpeng, LIANG Guolong, QIU Longhao, FU Jin, LIU Guolong. Interference characteristics and observability of acoustic field radiated by a high-speed vertical moving source[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(6): 1081-1097. doi: 10.12395/0371-0025.2022067
Citation: ZHAO Chunpeng, LIANG Guolong, QIU Longhao, FU Jin, LIU Guolong. Interference characteristics and observability of acoustic field radiated by a high-speed vertical moving source[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(6): 1081-1097. doi: 10.12395/0371-0025.2022067

高速垂向运动声源声场干涉特性及其可观测性

doi: 10.12395/0371-0025.2022067
基金项目: 国家自然科学基金项目(62101153)、国防基础科研计划项目(JCKY2019604B001) 、自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室开放基金项目(MESTA-2021-A001)、水声对抗技术重点实验室基金项目(JCKY2022207CH09)和声纳技术重点实验室开放基金项目(6142109KF212203)资助
详细信息
    通讯作者:

    邱龙皓, qiulonghao@hrbeu.edu.cn

  • PACS: 43.30, 43.60

Interference characteristics and observability of acoustic field radiated by a high-speed vertical moving source

  • 摘要:

    以高速垂向运动声源宽带连续谱噪声为研究对象, 基于射线理论分析了声场干涉现象的产生机理, 推导了干涉条纹的轨迹方程, 讨论了影响干涉结构特性的因素, 揭示了声场干涉结构的特性和规律。理论和仿真结果表明: 干涉周期与多途信号时延差成反比关系; 减小接收深度或增大接收距离可以提高干涉条纹的可观测性; 较大的海面起伏易使干涉条纹形成断点, 可观测性降低。湖试数据分析结果表明, 干涉条纹主要由直达声−海面反射声干涉条纹构成, 干涉条纹宽度和干涉周期随水平距离的增大而增大。该结果可为高速垂向运动声源运动状态分析、环境参数反演等提供参考。

     

  • 图 1  浅海信道本征声线示意图

    图 2  不同多途信号间的干涉条纹 (a) 接收信号干涉结构; (b) 直达声 − 海面反射声干涉条纹; (c) 直达声 − 海底反射声干涉条纹; (d) 海面反射声 − 海底反射声干涉条纹

    图 3  垂向运动声源干涉条纹 (a) 垂直向上运动; (b) 垂直向下运动

    图 4  干涉条纹频率轴方向宽度

    图 5  时间窗长度不同时接收信号干涉结构 (a) 0.01 s; (b) 0.05 s; (c) 0.15 s; (d) 0.25 s

    图 6  声源速度不同时接收信号干涉结构 (a) 5 m/s ; (b) 20 m/s; (c) 35 m/s; (d) 50 m/s

    图 7  干涉条纹时间轴方向宽度 (a) 变化曲线; (b) 局部放大图

    图 8  不同接收深度接收信号干涉结构 (a) 10 m; (b) 30 m; (c) 50 m; (d) 70 m

    图 9  接收深度不同时干涉条纹宽度 (a) 干涉条纹时间轴方向宽度; (b) 干涉条纹频率轴方向宽度

    图 10  水平距离不同时接收信号干涉结构 (a) 200 m ; (b) 500 m; (c) 800 m; (d) 1100 m

    图 11  水平距离不同时干涉条纹宽度 (a) 干涉条纹时间轴方向宽度; (b) 干涉条纹频率轴方向宽度

    图 12  负梯度声速剖面下声源深度不同时的传播损失及声线 (a) 负梯度声速剖面; (b) 声源深度95 m; (c) 声源深度50 m; (d) 声源深度5 m

    图 13  负梯度声速剖面下接收位置不同时接收信号的干涉结构 (a) 水平距离800 m; (b) 水平距离1400 m; (c) 水平距离2000 m

    图 14  有义波高不同时的海浪谱和对应海浪高度谱 (a) PM海浪谱; (b) 海浪高度谱

    图 15  不同海面起伏条件下的本征声线 (a) 有义波高为0.1 m; (b) 有义波高为0.8 m

    图 16  不同海面起伏条件下的海面反射声线图

    图 17  不同有义波高下海面起伏斜率

    图 18  不同有义波高时直达声与海面反射声时延差和对应的接收信号干涉结构 (a) 有义波高为0.2 m时的时延差; (b) 有义波高为0.2 m时的干涉结构; (c) 有义波高为0.5 m时的时延差; (d) 有义波高为0.5 m时的干涉结构; (e) 有义波高为0.8 m时的时延差; (f) 有义波高为0.8 m时的干涉结构

    图 19  不同接收距离时直达声与海面反射声时延差和对应的接收信号干涉结构 (a) 水平距离为1300 m时的时延差; (b) 水平距离为1300 m时的干涉结构; (c) 水平距离为900 m时的时延差; (d) 水平距离为900 m时的干涉结构; (e) 水平距离为500 m时的时延差; (f) 水平距离为500 m时的干涉结构

    图 20  实测水下声速剖面及试验态势 (a) 声速剖面; (b) 试验态势

    图 21  试验数据干涉结构 (a) 水平距离为128 m; (b) 水平距离为236 m

    图 22  干涉条纹的频率干涉周期 (a) 水平距离为128 m; (b) 水平距离为236 m

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-18
  • 修回日期:  2023-03-17
  • 刊出日期:  2023-11-02

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