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边界条件下矢量噪声场的时空相关特性研究

作　者: 郭冲冲
导　师: 杨德森
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 矢量水听器矢量噪声场海洋环境噪声模型相关函数相干函数
分类号: TB52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着矢量水听器及其阵列的发展,矢量阵越来越多的应用于水下平台,则不可避免的受到边界条件的影响。水听器在接收信号的同时也接收到了水下环境噪声,为了进一步提高矢量阵的检测增益,为声纳基阵的设计提供依据,亟需对边界条件下矢量噪声场的相关性结构进行深入研究。本文首先探讨了各种不同边界条件下的声反射和声透射,在此基础上研究了平面障板对矢量水听器指向性的影响,并作理论仿真。然后,在三维球形各向同性噪声场中加入了“绝对硬”和“绝对软”边界条件,推导了基于声压、振速及声强的各个时空相关函数,并作理论仿真计算。继而,在海面噪声场模型中加入障板边界条件,理论推导了障板分别为水平与垂直、矢量阵分别为水平与垂直的各种对应情况下的相干函数;并且在此模型下,讨论了矢量噪声场在复合障板外部和内部形成的空间相干特性。结果表明,接收频率、安装距离、反射系数等因素都会对矢量水听器的指向性及矢量噪声场的相关性结构造成一定的影响,并且边界条件的影响不可忽略,要根据具体的应用环境进行分析。据此,可以计算相关半径等参数,来指导基阵的设计,进而获得更大的检测增益。最后,针对钢板边界条件下矢量水听器的指向性做了水池试验,对理论推导进行了验证。对松花湖的水下环境噪声进行了处理,表明边界条件对矢量噪声场空间相关性结构的影响不可忽略;由于实际的环境噪声场比较复杂,与理论模型有一定差距,需要更加深入的研究。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第1章绪论  10-16
  1.1 论文的背景和意义  10-11
  1.2 海洋环境噪声场的基本特性  11-12
  1.3 噪声场相关性的研究水平与动态  12-14
  1.4 论文主要内容及结构安排  14-16
第2章边界条件下声场的基本理论  16-33
  2.1 声传播理论基础  16-18
    2.1.1 流体介质中的声传播理论  16-17
    2.1.2 固体中的弹性波理论  17-18
  2.2 不同边界条件下的声反射和声透射  18-28
    2.2.1 理想边界条件  19
    2.2.2 一定厚度障板层的声反射和透射系数  19-22
    2.2.3 平面波激励下的薄板振动及声反射  22-25
    2.2.4 多层复合障板的声反射和声透射  25-28
  2.3 边界条件对矢量水听器指向性的影响  28-32
    2.3.1 矢量水听器测量模型  28
    2.3.2 障板对矢量水听器指向性的影响  28-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章边界条件对矢量噪声场相关性的影响  33-62
  3.1 各向同性噪声场中加入边界条件后的相关性  33-43
    3.1.1 各向同性噪声场模型  33-35
    3.1.2 边界条件对噪声场相关特性的影响  35-42
    3.1.3 基于声强的相关特性研究  42-43
  3.2 边界条件下海面噪声场的相干特性  43-55
    3.2.1 海面噪声场及其相干模型  43-46
    3.2.2 水平障板对附近噪声场相干性的影响  46-52
    3.2.3 垂直障板对噪声场相干性的影响  52-55
  3.3 复合障板对噪声场相关性的影响  55-61
    3.3.1 矢量水听器阵位于复合障板层外部  56-57
    3.3.2 矢量水听器阵位于复合障板层内部  57-61
  3.4 本章小结  61-62
第4章实验及数据处理  62-72
  4.1 钢板对矢量水听器指向性影响的水池实验  62-66
    4.1.1 实验概况  62-63
    4.1.2 矢量水听器性能测试  63-64
    4.1.3 实验数据处理及分析  64-66
  4.2 水下环境噪声场相关性的湖试实验  66-71
    4.2.1 实验概况  66-67
    4.2.2 自由场条件下环境噪声的相关性  67-69
    4.2.3 边界条件对环境噪声场相关性的影响  69-71
  4.3 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
附录A 各向同性噪声场的相关函数  78-81
附录B 海面噪声场的相干函数  81-84

边界条件下矢量噪声场的时空相关特性研究

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