浅海低频声场的水平纵向相关性

水声技术▏杨坤德等：深海声传播信道和目标被动定位研究现状冷战结束之后，国际水声界的理论和实验研究偏重于浅海，国内水声界的工作也主要集中在我国周边近海的大陆架浅海环境。

但是最近十几年，为了争夺海洋资源，国际上的“蓝色圈地”运动深入深海。

我国海洋科技特别是深海领域起步较晚，与发达国家相比，在装备和技术体系的建设方面存在巨大差距。

《“十三五”海洋领域科技创新专项规划》将深海探测技术研究列为重点任务之一，深海环境中的目标远程探测已经成为当前的研究热点。

研究基于水声传播物理特征的信号处理技术是推动水声装备进一步创新发展的重要途径。

只有将海洋环境复杂性考虑在内，新型声呐才有可能达到最优的技术性能。

从这个角度来说，深海声呐技术取得跨越式发展的重要途径之一，在于对深海环境水声传播特性的深入挖掘。

总而言之，水声物理模型、信号处理技术与海洋环境紧密结合是水声技术发展的必然趋势。

一、深海声传播信道深海最大的特点是其独有的海洋分层现象及其产生的不同声传播模式，这些声传播模式与声呐的工作原理密切相关。

图1为低纬度地区一个典型深海声速剖面下声传播路径示意图。

声速剖面为典型的3层结构：表面等温层（形成表面波导）、温跃层和深海等温层。

在深海等温层，当某深度上的声速与海面声速相同时，该深度称为临界深度。

声线由表面波导底部出射，出射角度为0º～5º，传播路径如图1中所示。

下面分析每种深海信道及其在目标探测中的应用。

图1 低纬度地区典型深海声速剖面下声传播路径示意图⒈表面波导表面波导是由海洋表面等温层导致声速剖面微弱正梯度形成的，表面波导可实现水声的远距离传播，因此，表面波导特性及其声传播受到了广泛关注。

Baker和Schulkin基于实验数据给出了表面波导中近距离声传播损失的经验公式；Duan等分析了声呐在表面波导中主动发射和被动接收时的最优深度，以及表面波导中声波的波达角问题。

夏季的表面波导层很薄并且不稳定，存在强烈的时空变异性，是不稳定的信道。

浅海孤子内波对水平纵向相关性的影响张泽众;骆文于;庞哲;周益清【摘要】基于简正波理论和孤子内波模型,该文推导出声线经过孤子内波后的频域上的声压表达式,然后利用声压表达式推导出水平纵向相关系数一般表达式,研究了浅海孤子内波引起的声场水平纵向相关系数的变化,并且运用二维抛物方程模型仿真计算验证理论推导结果,并在简正波干涉环境下给出物理现象解释.结果表明,孤子内波引起的浅海声场水平纵向相关系数变化,乃由简正波干涉所导致,当孤子内波幅度变化不是很大时,其幅度改变不会引起水平纵向相关系数周期和幅度的显著变化.文中给出特定环境下的水平纵向相关系数随时间变化的结果,当环境中第一、第二号简正波占主导地位时,水平纵向相关系数会呈现出周期变化.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)005【总页数】6页(P851-856)【关键词】孤子内波;水平纵向相关性;简正波干涉;抛物方程【作者】张泽众;骆文于;庞哲;周益清【作者单位】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;中国科学院大学北京 100049;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;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;中国科学院大学北京 100049;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;中国科学院大学北京 100049【正文语种】中文【中图分类】P733.20 引言近年来，孤子内波、涡旋、海洋锋面等海水介质的不均匀性对声场的影响受到广泛的关注。

我国具有广阔的海岸线，在我国南中国海大陆架海域常有孤子内波的观测报告出现，当孤子内波在声波传播路径上出现时，由于内波在水平方向上引起大范围的声速剖面起伏，从而引起声传播的起伏。

有时这种起伏是相当可观的，可以在几十公里的距离上增加数十分贝的额外传播损失。

孤子内波作为影响声场的主要因素之一，一直是近年来水声研究的热点之一，人们对孤子内波展开了大量的工作。

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。

海洋环境噪声垂直相关与声场的类比关系
海洋环境中的噪声可以看作是一个垂直方向上的声场。

噪声在水中传播时，由于海水层的厚度受限于深度，所以在垂直方向上存在一定的相关性。

也就是说，垂直方向上相邻的噪声点之间存在一定的相似性。

与此类似，声场也可以被看作是一个垂直方向上的分布。

声场由声源产生，并在垂直方向上随着距离的增加逐渐衰减。

同时，声场中的不同点之间也存在一定的相关性，因为它们受到的周围环境的影响是相似的。

因此，海洋环境噪声垂直相关的模式与声场的垂直分布模式之间存在类比关系，它们都受到周围环境的影响，并在垂直方向上存在一定的相似性。

这种类比关系可以为我们理解海洋环境噪声传播机理以及预测和控制海洋噪声提供指导。

浅海环境下低频声信号传播特性研究
祝捍皓;郑广学;张海刚;郑红;林建民;汤云峰
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2017(51)12
【摘要】针对典型浅海海洋环境下的低频声传播问题,以快速场方法为建模手段,以声能流为研究对象,结合具体算例模拟研究了不同浅海环境参数对低频声信号传播特性的影响规律.研究结果表明:矢量场中质点垂直振速传播衰减远大于同点声压与水平振速传播损失;海洋环境参数、声源参数、海底声学参数均对低频声信号传播具有重要影响,其中又以海底声速对声能量传播特性的影响最为显著.
【总页数】9页(P1464-1472)
【关键词】浅海Pekeris波导;低频声信号;快速场方法;声传播;声能流
【作者】祝捍皓;郑广学;张海刚;郑红;林建民;汤云峰
【作者单位】浙江海洋大学海洋科学与技术学院,海洋声学与遥感应用技术实验室,浙江舟山316022;哈尔滨工程大学水声工程学院,水声技术重点实验室,哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】O427.1
【相关文献】
1.浅海声速剖面和沉积层对低频声传播损失的影响 [J], 王尚可;刘文章;曲建夫;王志伟
2.海底地声参数对浅海低频声传播的影响 [J], 颜冰;龚沈光;周伟
3.一种基于低频水声传播特性的浅海地声参数反演方法研究 [J], 郑广学;祝捍皓;郑红;林建民;汤云峰;朱军
4.一种基于低频水声传播特性的浅海地声参数反演方法研究 [J], 郑广学;祝捍皓;郑红;林建民;汤云峰;朱军;
5.浅海海底模型对低频声传播的影响 [J], 鹿力成;马力;陈耀明
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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。