浅海声波导消频散变换方法及应用

浅海声波导具有频散特性，宽带声信号在波导中传播后，时域信号会出现扩展。这一现象主要是由不同频率信号的群延时差异引起。时域扩展后的信号会出现信噪比降低，各号简正波混叠等现象，限制了远距离声源定位、海洋声参数反演、水声通信等应用的发展。海洋波导不同模态信号具有不同的频散曲线，一直以来，没有一种可同时消除多模信号频散的方法。考虑到各个模态对应的波导不变量近似相等，本课题将单模消频散方法与波导不变量概念结合提出一种适合浅海波导多模信号的消频散变换方法。这一变换在经典的傅立叶变换基础上加入平移因子和频散因子，当这两个因子与实际波导参数匹配时，多模态信号的频散可同时被消除。另外本项目讨论该变换的基本性质、适用条件。从数值仿真和海上试验两方面检验这一变换方法的有效性。本方法应用在宽带声传播信号预处理上可提高信号的信噪比、声纳的作用距离、水声通信的速率，对国民经济和国防建设都有重要意义。

本课题研究了浅海声波导的频散问题，分析了浅海波导在不同水文条件下不同水平距离，不同垂直深度时各号简正波的频散特征。在此基础上，结合波导不变量概念，提出了一种消频散变换方法，该方法可同时抵消多号简正波频散，而传统的抵消频散的方法只能每一号简正波分别抵消，而且当简正波混叠时难以工作。本课题在理论研究的基础上开展了数值仿真和海上实验研究。针对夏季典型波导条件下该变换方法出现的消频散效果较差问题，本课题完善了理论模型，完善后的消频散变换可很好的处理夏季典型波导下的频散问题，并应用数值仿真验证了理论模型。本课题完成期间组织出海一次，应用本课题完善后的消频散变换方法处理海上实验数据，得到了较理想的消频散效果。已发表学术论文6篇，其中发表在JCA 的论文发表三年来已被他引六次，引用该文的论文作者为外国同行专家，引文发表在J.A.S.A 及IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE等国际知名杂志。本课题提出的消频散变换应用在宽带声传播信号预处理上可提高信号的信噪比、声纳的作用距离等，对国民经济和国防建设都有重要意义。