一种自航式声诱饵接收作用距离海上测量方法

崔保河, 郑 援



一种自航式声诱饵接收作用距离海上测量方法

崔保河, 郑 援

(海军潜艇学院 水声中心, 山东 青岛, 266044)

针对海上武器装备试验鉴定过程中海试环境与指标环境的差异, 给出了自航式声诱饵海上试验实际测量过程中环境参数测量方法, 特别是利用海底反演方法反演大面积海域海底参数, 并结合自航式声诱饵特点给出接收作用距离折算详细方案, 最后运用平滑平均声场模型仿真给出自航式声诱饵接收作用距离测量实例及结果分析, 为相应的装备验收试验提供参考。

自航式声诱饵; 接收作用距离; 海上试验; 装备验收

0 引言

由于自航式声诱饵接收作用距离的设计指标值规定了相应的理想水文条件, 故要对自航式声诱饵接收作用距离设计指标值进行海上考核验收, 理论上, 必须首先具备考核指标值规定的理想水文条件。理想的水文条件通常是均匀的、各向同性的、无反射边界的、无其他干扰的海域, 使声传播满足自由场条件。但实际中, 任何海域都有反射边界, 海水介质的温度、密度不可能完全均匀, 还有气泡和水生物的存在, 这些都使得理想的试验海域无法获得。因此, 为了科学地获取自航式声诱饵的考核指标值, 除在测量时尽量选择良好水文条件的海域作为试验海域, 减小测试的误差外, 还需要对试验环境进行折算, 换算得到理想条件下的指标值。在整个过程中, 需在试验海区声传播测量的基础上对传播模型参数进行校准后再进行折算。

1 测量方法及原理

1.1 海洋环境参数的测量

水文条件对测试结果影响很大, 选择一个良好的试验场地对声学测量至关重要。同样, 在仿真计算过程中, 仿真结果对水文参数灵敏度很高,仿真前, 需对试验场地的水文参数进行精确测量。水文条件主要包括声速梯度、海区深度、海况和海底参数等。

目前, 对声速梯度、海区深度及海况等的测量均有完善的测量设备和系统, 能够较完整准确地给出声速随深度的分布曲线及相应频率范围内的海洋背景噪声[1]。

而由于海底地质成分丰富, 密度和声速变化不定, 作为海洋信道的下界面, 海底的声反射现象比较复杂, 海底参数的测量相对复杂, 难度较大。目前对海底参数的测量主要有现场取样与分析、海底参数直接测量[1]及海底参数反演等。前两种由于自身存在的缺陷, 测量精度不高。当前普遍采用的是后者。海底参数反演是对海底总体进行综合的反演, 通过声场的测量来对海底声学参数进行估计。

近年来国内外学者针对不同的海底参数发展了许多不同的反演方法。如匹配场反演[2]、近场脉冲声反演[3]、传播损失反演[2-3]、简正波过滤技术反演[4]、负跃层浅海梳状结构反演, 及声场垂直相关性反演等。由于垂直反射反演测量方法具有在近场测量时精度高、对地形条件要求较低等优点, 本文采用该方法作为海底参数的测量方法。

1.1.1 海底声速、密度的测量

通过采访和实地观察，学生与外教交流中最突出的问题是词汇量不足，从而导致不能够进行完整顺畅的交流。第二个较为突出的问题是语速。有12名受访者表示需要外教放慢语速，必要时进行多次重复。第三个突出的问题是中文对英语语言表达的影响。部分学生强调在说话之前，要把中文转换成英文，从而导致说话不通顺，经常性停顿，有时候甚至会将中文直译成英文，在这种情况下外教完全不能明白其中的含义，没有达到交流的目的。

当接收水听器距离爆炸声源较近时, 声波经过海底反射可以近似认为是垂直反射。平面波海底垂直反射系数满足

利用试验时所投的爆炸声信号的直达波和反射波的功率谱可以得到不同频率下的垂直反射系数[6]

或

大陆架海底沉积物声速(纵波)和密度的经验公式[7]

1.1.2 由传播损失反演海底衰减系数

式中,为试验数据点个数。

1.2 测量方法

海底介质参数确定后, 适用的声纳计算模型和参数已确定。测量方法如下。

1) 将接收作用距离试验中现场测量的声速剖面, 目标声源的深度和水听器的深度输入计算模型, 得到实际环境的衰减曲线。

2) 将等温层声速剖面, 目标声源的深度和水听器深度输入模型得到指标环境的衰减曲线。

4) 将实测的目标信号声源级和海洋环境噪声等与指标的要求进行比较, 对指标因子进行折算, 得到实际环境下的指标因子实际。

流程如图1所示。

图1 测量流程图

2 仿真试验

图2 声速梯度

图3 不同条件下的传播损失曲线

通过计算, 实际环境下接收作用距离为264.3 m, 换算得到的理想条件下接收作用距离为1 917.4 m, 大于指标规定值, 满足指标要求。

3 结束语

本文给出了自航式声诱饵海上试验实际测量过程中环境参数测量方法及接收作用距离折算详细方案, 并且针对海底参数的测量, 采用海底参数反演的方法, 使得测量精度提高, 为海上试验提供了参考。从仿真结果来看, 实际环境下的接收距离值与理想条件下的接收距离值差距很大, 这就给指挥决策带来很大问题。因此, 在验收自航式声诱饵时, 除规定理想水文环境条件外, 还应选定近海具有代表性的海区环境作为另一指标测试条件, 这样在装备性能测试及实际应用中就可更直观, 更具实际意义。

[1] 阎福旺, 凌青, 汲长利, 等. 海洋水声实验技术[M]. 第2版. 北京: 海洋出版社, 1999.

[2] 李整林, 张仁和, 鄢锦, 等. 由匹配场处理和传播损失反演海底参数[C]//2002年全国声学会议, 桂林, 2002.

[3] 李风华, 张仁和. 由脉冲波形与传播损失反演海底声速与衰减系数[J]. 声学学报, 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, 鄢锦, 李风华, 等. 由简正波群延时及幅度反演海底参数[J]. 声学学报, 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. 海洋声学[M]. 北京: 科学出版杜, 1983: 372-378.

[6] 商德江, 张仁和．新型宽带爆炸声源及海底参数反演[J]. 声学技术(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] 赵梅, 胡长青. 由爆炸声源及传播损失反演海底声学参数[J]. 声学技术, 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, 在读硕士, 主要研究方向为水声对抗仿真.

(责任编辑: 许 妍)