一種自航式聲誘餌接收作用距離海上測量方法

崔保河, 鄭 援

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一種自航式聲誘餌接收作用距離海上測量方法

崔保河, 鄭 援

(海軍潛艇學院 水聲中心, 山東 青島, 266044)

針對海上武器裝備試驗鑒定過程中海試環(huán)境與指標環(huán)境的差異, 給出了自航式聲誘餌海上試驗實際測量過程中環(huán)境參數(shù)測量方法, 特別是利用海底反演方法反演大面積海域海底參數(shù), 并結合自航式聲誘餌特點給出接收作用距離折算詳細方案, 最后運用平滑平均聲場模型仿真給出自航式聲誘餌接收作用距離測量實例及結果分析, 為相應的裝備驗收試驗提供參考。

自航式聲誘餌; 接收作用距離; 海上試驗; 裝備驗收

0 引言

由于自航式聲誘餌接收作用距離的設計指標值規(guī)定了相應的理想水文條件, 故要對自航式聲誘餌接收作用距離設計指標值進行海上考核驗收, 理論上, 必須首先具備考核指標值規(guī)定的理想水文條件。理想的水文條件通常是均勻的、各向同性的、無反射邊界的、無其他干擾的海域, 使聲傳播滿足自由場條件。但實際中, 任何海域都有反射邊界, 海水介質的溫度、密度不可能完全均勻, 還有氣泡和水生物的存在, 這些都使得理想的試驗海域無法獲得。因此, 為了科學地獲取自航式聲誘餌的考核指標值, 除在測量時盡量選擇良好水文條件的海域作為試驗海域, 減小測試的誤差外, 還需要對試驗環(huán)境進行折算, 換算得到理想條件下的指標值。在整個過程中, 需在試驗海區(qū)聲傳播測量的基礎上對傳播模型參數(shù)進行校準后再進行折算。

1 測量方法及原理

1.1 海洋環(huán)境參數(shù)的測量

水文條件對測試結果影響很大, 選擇一個良好的試驗場地對聲學測量至關重要。同樣, 在仿真計算過程中, 仿真結果對水文參數(shù)靈敏度很高,仿真前, 需對試驗場地的水文參數(shù)進行精確測量。水文條件主要包括聲速梯度、海區(qū)深度、海況和海底參數(shù)等。

目前, 對聲速梯度、海區(qū)深度及海況等的測量均有完善的測量設備和系統(tǒng), 能夠較完整準確地給出聲速隨深度的分布曲線及相應頻率范圍內的海洋背景噪聲[1]。

而由于海底地質成分豐富, 密度和聲速變化不定, 作為海洋信道的下界面, 海底的聲反射現(xiàn)象比較復雜, 海底參數(shù)的測量相對復雜, 難度較大。目前對海底參數(shù)的測量主要有現(xiàn)場取樣與分析、海底參數(shù)直接測量[1]及海底參數(shù)反演等。前兩種由于自身存在的缺陷, 測量精度不高。當前普遍采用的是后者。海底參數(shù)反演是對海底總體進行綜合的反演, 通過聲場的測量來對海底聲學參數(shù)進行估計。

近年來國內外學者針對不同的海底參數(shù)發(fā)展了許多不同的反演方法。如匹配場反演[2]、近場脈沖聲反演[3]、傳播損失反演[2-3]、簡正波過濾技術反演[4]、負躍層淺海梳狀結構反演, 及聲場垂直相關性反演等。由于垂直反射反演測量方法具有在近場測量時精度高、對地形條件要求較低等優(yōu)點, 本文采用該方法作為海底參數(shù)的測量方法。

1.1.1 海底聲速、密度的測量

通過采訪和實地觀察，學生與外教交流中最突出的問題是詞匯量不足，從而導致不能夠進行完整順暢的交流。第二個較為突出的問題是語速。有12名受訪者表示需要外教放慢語速，必要時進行多次重復。第三個突出的問題是中文對英語語言表達的影響。部分學生強調在說話之前，要把中文轉換成英文，從而導致說話不通順，經常性停頓，有時候甚至會將中文直譯成英文，在這種情況下外教完全不能明白其中的含義，沒有達到交流的目的。

當接收水聽器距離爆炸聲源較近時, 聲波經過海底反射可以近似認為是垂直反射。平面波海底垂直反射系數(shù)滿足

利用試驗時所投的爆炸聲信號的直達波和反射波的功率譜可以得到不同頻率下的垂直反射系數(shù)[6]

或

大陸架海底沉積物聲速(縱波)和密度的經驗公式[7]

1.1.2 由傳播損失反演海底衰減系數(shù)

式中,為試驗數(shù)據(jù)點個數(shù)。

1.2 測量方法

海底介質參數(shù)確定后, 適用的聲納計算模型和參數(shù)已確定。測量方法如下。

1) 將接收作用距離試驗中現(xiàn)場測量的聲速剖面, 目標聲源的深度和水聽器的深度輸入計算模型, 得到實際環(huán)境的衰減曲線。

2) 將等溫層聲速剖面, 目標聲源的深度和水聽器深度輸入模型得到指標環(huán)境的衰減曲線。

4) 將實測的目標信號聲源級和海洋環(huán)境噪聲等與指標的要求進行比較, 對指標因子進行折算, 得到實際環(huán)境下的指標因子實際。

流程如圖1所示。

圖1 測量流程圖

2 仿真試驗

圖2 聲速梯度

圖3 不同條件下的傳播損失曲線

通過計算, 實際環(huán)境下接收作用距離為264.3 m, 換算得到的理想條件下接收作用距離為1 917.4 m, 大于指標規(guī)定值, 滿足指標要求。

3 結束語

本文給出了自航式聲誘餌海上試驗實際測量過程中環(huán)境參數(shù)測量方法及接收作用距離折算詳細方案, 并且針對海底參數(shù)的測量, 采用海底參數(shù)反演的方法, 使得測量精度提高, 為海上試驗提供了參考。從仿真結果來看, 實際環(huán)境下的接收距離值與理想條件下的接收距離值差距很大, 這就給指揮決策帶來很大問題。因此, 在驗收自航式聲誘餌時, 除規(guī)定理想水文環(huán)境條件外, 還應選定近海具有代表性的海區(qū)環(huán)境作為另一指標測試條件, 這樣在裝備性能測試及實際應用中就可更直觀, 更具實際意義。

[1] 閻福旺, 凌青, 汲長利, 等. 海洋水聲實驗技術[M]. 第2版. 北京: 海洋出版社, 1999.

[2] 李整林, 張仁和, 鄢錦, 等. 由匹配場處理和傳播損失反演海底參數(shù)[C]//2002年全國聲學會議, 桂林, 2002.

[3] 李風華, 張仁和. 由脈沖波形與傳播損失反演海底聲速與衰減系數(shù)[J]. 聲學學報, 2000, 25(4): 297-302. Li Feng-hua, Zhang Ren-he. Seabed Velocity and Attenuation Coefficient Inversed by Impulse Boom and Transmission Loss[J]. Journal of Acoustics, 2000, 25(4): 297-302.

[4] 李整林, 鄢錦, 李風華, 等. 由簡正波群延時及幅度反演海底參數(shù)[J]. 聲學學報, 2002, 27(6): 487-491. Li Zheng-lin, Yan Jin, Li Feng-hua, et al. Seabed Parameters Inversed by Normal Wave Group Delay and Margin[J]. Journal of Acoustics, 2002, 27(6): 487-491.

[5] 布列霍夫斯基. 海洋聲學[M]. 北京: 科學出版杜, 1983: 372-378.

[6] 商德江, 張仁和．新型寬帶爆炸聲源及海底參數(shù)反演[J]. 聲學技術(增刊), 2003, 22(z2): 158-160．Shang De-jiang, Zhang Ren-he. A New Broadband Explosion Source and Seabed Parameters Inversion[J]. Acoustic Technology (Supplement), 2003, 22(z2): 158-160．

[7] Hamilton E L, Bachman R T. Sound Velocity and Related Properties of Marine Sediments [J]. Acoustical Society of America, 1982, 72(6): 1891-1904.

[8] 趙梅, 胡長青. 由爆炸聲源及傳播損失反演海底聲學參數(shù)[J]. 聲學技術, 2009, 28(2):104-108. Zhao Mei, Hu Chang-qing. Seabed Parameters Inversed by Explosion Source and Transmission Loss[J]. Acoustic Technology, 2009, 28(2):104-108.

Measurement Method of Mobile Acoustic Decoy Receiving Distance for Sea Trial

CUI Bao-he, ZHENG Yuan

(Underwater Acoustic Research Center, Navy Submarine Academy, Qingdao 266044, China)

For the difference between sea trial environment and ideal environment in the process of weapon test and evaluation, a measurement method of environmental parameters is proposed with focus on seabed inversion method for calculating seabed parameters in large area, and on converting scheme of receiving distance by considering mobile acoustic decoy′s characteristics. Moreover, a smooth-averaged sound field model is established to calculate the receiving distance of a mobile acoustic decoy for sea trial. This study may provide a reference for equipment acceptance test.

mobile acoustic decoy; receiving distance; sea trial; equipment acceptance

TJ630.6

A

1673-1948(2012)01-0060-04

2011-07-11;

2011-08-31.

崔保河(1987-), 男, 在讀碩士, 主要研究方向為水聲對抗仿真.

(責任編輯: 許 妍)