浅海声矢量场宽带干涉结构的研究与应用

水声波导中声场干涉现象是水声物理研究的一个重要课题。对于声压水听器测得的声标量场，国内外已在声场干涉特征的表征建模和特征参数提取方面进行了深入研究，成果被广泛应用于水声信号处理、海底地声参数反演、匹配场定位等方面的研究中。但对水声波导中质点振速场、瞬时声能流矢量场等声矢量场干涉现象的研究才刚刚起步。为满足矢量水听器信号处理和工程实际应用的需求，本课题将针对我国周边浅海海洋环境特点，深入研究水声波导中声矢量场的建模和预报方法，通过理论建模和仿真计算对浅海声矢量场时频干涉结构特征的表征和波导不变特征提取进行深入研究，分析波导特征参数对海洋环境参数的敏感性，并进一步研究基于声矢量场时频干涉结构特征的地声参数反演方法。课题研究将侧重揭示浅海波导中声场传播机理与规律，并为探索基于声压与质点振速信号联合处理的声矢量信号处理新原理和新方法、推动矢量水听器的广泛应用奠定理论和技术基础。

水声波导中声场干涉现象是水声物理领域的一个研究热点问题。对于声压水听器测得的声标量场干涉特征的表征建模和特征参数提取方面国内外已进行了深入研究，成果被广泛应用于水声信号处理、海底地声参数反演、匹配场定位等方面的研究中。但对水声波导中质点振速场、瞬时声能流矢量场等声矢量场干涉现象的研究才刚刚起步。为满足矢量水听器信号处理和工程实际应用的需求，本课题针对我国周边浅海海洋环境特点，深入研究了水声波导中声矢量场的建模和预报方法，通过理论建模和仿真计算对浅海声矢量场时频干涉结构特征的表征和波导不变特征提取进行了深入研究，分析了波导特征参数对海洋环境参数的敏感性，并进一步建立了基于声矢量场时频干涉结构特征的地声参数反演方法。课题研究揭示了浅海波导中声场传播机理与规律，为探索基于声压与质点振速信号联合处理的声矢量信号处理新原理和新方法、推动矢量水听器的应用奠定了理论和技术基础。. 随着声矢量传感器和矢量信号处理技术的快速发展，声矢量场的建模和准确快速预报也逐渐成为学者们研究的热点．本课题首先利用反转算子算法，建立了基于弹性抛物方程方法的声矢量场建模和预报方法，计算并分析了具有弹性海底的浅海波导中质点位移场的分布情况，并与基于欧拉公式的数值差分求解声矢量场的方法做了对比，结果显示该方法具有准确性和稳健性，适合声矢量场的快速预报．. 已知在浅海环境中，宽带声场在空间-频率上经常表现出有规则的干涉图案，其干涉结构由声波传播的波导特性决定。本课题对宽带声矢量场进行了理论和数值分析。理论分析和数值仿真表明，宽带声矢量场，质点位移和声能流场，也呈现出类似声压场的干涉图案，矢量场和声压场的干涉结构不同，并且该结构不同与声场特性有关，可以被用于环境参数的反演。在提取干涉条纹的研究中，一种多尺度线性滤波器在宽带声场干涉结构特性提取方面进行了初步研究，仿真结果表明，该滤波器可以有效地增强干涉结构、检测和提取干涉图案中的条纹信息。利用本课题方法获取的实验海区地声参数与实际测量结果吻合较好。