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变参介质中非线性声传播特性研究
| 论文题名： | 变参介质中非线性声传播特性研究 |
| 关键词： | 水下潜艇;声呐系统;目标信号;探测距离 |
| 摘要： | 目前，随着世界各国在水下潜艇减振降噪技术上的发展，水下目标的辐射噪声以每年1～1.5dB的速度逐渐降低，这使水下目标声信号越来越弱，导致声呐系统对水下目标的探测能力有所下降。因此，需要研究新型水下声学探测和信号增强方法。本文根据变参系统中的参激共振的理论，运用参数激励波动系统的幅度调制和频率调制技术，对水下的目标声信号进行处理，提高水下目标声能量，从而增大声呐系统对目标信号的探测距离。 本文通过声电类比法得到变参振动系统模型，分析变参振动系统动力学特性和共振特性来获得变参振动系统的时变敏感性参数，从而利用声电类比等效来获知变参介质中的声速是时变的敏感性参数，并从理论上分析了电场对导电介质中声速的调制。考虑线性的介质，引入介质声速随时间变化的物态方程，得到声波在变参介质中传播产生非线性现象的变参介质声波动方程;然后考虑介质的非线性，同时考虑介质声速随时间变化的物态方程，得到声波在变参介质中产生非线性现象的变参介质中的非线性声传播模型;接着利用有限差分法对方程进行离散处理，设置合适的声源及反射边界条件仿真分析调制深度、调制频率、声源频率及变参介质层厚度对介质中声传播特性的影响，同时仿真模拟实际水声信号在变参介质中的特性。 研究表明:在变参介质中的声传播模型下，当调制频率为声源频率的二倍时，无论是线性介质还是非线性介质，声波在调制幅度的作用下，其时域波形会出现放大现象，即正弦波从变参介质层一端进入后一点点变大，并达到稳态;当调制深度过大时，系统会变得不稳定，并且在时域波形上可观察到明显的非线性现象，此时声场的解是发散的;并且在线性介质中，一个频率输入的信号会出现多个频率分量，非线性介质中也会出现多个频率分量，但是，两者频率分量的数目是不一样的;而其空域波形表明在变参介质层内只有部分区域的信号是放大的，而且整体沿空间方向上是周期性衰减的。同时在变参介质中随着变参介质层厚度的增加，信号的放大增益都会增大，并且在变参介质层中只放大水声信号中目标信号的频率分量而不放大环境噪声;因此可以通过变参介质手段来提高接收信号的信噪比从而提高声呐系统对信号的探测距离。 |
| 作者： | 李祥 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 张昊阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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