南海北部孤立子内波对声场时间相关的影响

声信号的时间相关是研究水声场的一个重要度量值，它能确定与相位有关的水声通讯算法的比特率和误码率，以及其他对相位敏感的信号处理算法如匹配场处理的信号增益。在起伏的海洋中，内波等海洋动力学过程的存在使得接收声场随时间变化。一般内波活动是声场时间相关半径减小的一个重要原因。我国南海海域内波频发，导致声场及其时间相关结构复杂多变。本课题拟通过在南海北部进行海洋学与声学同步观测实验，结合数值仿真与实验分析研究南海北部浅海区域孤立子内波与声场相互影响关系，总结有孤立子内波环境中声场时间相关半径随声速起伏、声源频率及收发距离变化的经验关系，为评估声纳在该海域的性能提供理论依据。

声信号的时间相关能确定与相位有关的水声通讯算法的比特率和误码率，以及其他对相位敏感的信号处理算法如匹配场处理的信号增益，是研究水声场的一个重要度量值。在起伏的海洋中，由于内波等海洋动力学过程的存在，接收声场是时变的。一般内波活动是声场时间相关长度减小的一个重要原因。我国南海海域内波频发，声场及其时间相关结构复杂多变。因此本课题利用2001年亚洲海国际声学实验（ASIAEX2001）和2009年珠江口实验的水文数据提取了南海北部海域的浅海内波特征参数，仿真了存在内波时的声场，并分析了浅海内波对匹配场时间相关的影响；另外在2014年5月陵水海域搭载中国科学院声学研究所的实验，进行浅海海洋学与声学同步观测实验，通过数据分析和仿真计算研究内波与声场时间相关特性之间的关系。..主要完成内容包括：（1）对三次南海北部实验的水文数据进行处理，得到内波的频谱表示，以及孤立子内波传播速度等参数，便于在此基础上进行有内波条件下的声速场重构。（2）将由内波模型重构三维（空间二维，时间一维）声速场的串行程序并行化，将不同时刻的声速场重构分配给不同的进程进行计算，提高了声速场重构的速度。（3）在ASIAEX2001和2009年珠江口实验水文数据基础上提取内波特征参数并仿真有孤立子内波时的声场匹配场时间相关。结果表明，时间相关随孤立子内波幅度的增大而减小；同样的孤立子内波环境，低频的相关性优于高频；孤立子内波位于收发路径上不同位置时匹配场时间相关系数下降趋势相差不大。对ASIAEX2001水文数据基础上仿真得到的匹配场时间相关长度与声源频率、收发距离的关系进行拟合，结果表明若海底水平不变，则存在孤立子内波时，声场的时间相关长度几乎不随距离发生变化。但若海底水平变化，声场时间相关长度会随着距离的增加变小。不论海底是否水平变化，时间相关长度与频率约为-1次方的正比关系。对2014年陵水海域实验声学数据进行分析，可以看出中心频率205、310、375、650 Hz，带宽约100 Hz的线性调频信号在21.4和46.4km时的时间相关在水文环境较平稳的时候在一小时、45分钟或25分钟内都不会下降到0.707以下，但时间相关长度在水文有突然的较大起伏时会有所下降，最短不到两分钟。在不同的时段时间相关长度随距离的变化不同，有些时段随距离增加而减小，有些时段则相反。仿真结果时间相关下降并不明显。