孤子内波对声场水平纵向相干特性的影响

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浅海孤子内波对水平纵向相关性的影响

浅海孤子内波对水平纵向相关性的影响张泽众;骆文于;庞哲;周益清【摘要】基于简正波理论和孤子内波模型,该文推导出声线经过孤子内波后的频域上的声压表达式,然后利用声压表达式推导出水平纵向相关系数一般表达式,研究了浅海孤子内波引起的声场水平纵向相关系数的变化,并且运用二维抛物方程模型仿真计算验证理论推导结果,并在简正波干涉环境下给出物理现象解释.结果表明,孤子内波引起的浅海声场水平纵向相关系数变化,乃由简正波干涉所导致,当孤子内波幅度变化不是很大时,其幅度改变不会引起水平纵向相关系数周期和幅度的显著变化.文中给出特定环境下的水平纵向相关系数随时间变化的结果,当环境中第一、第二号简正波占主导地位时,水平纵向相关系数会呈现出周期变化.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)005【总页数】6页(P851-856)【关键词】孤子内波;水平纵向相关性;简正波干涉;抛物方程【作者】张泽众;骆文于;庞哲;周益清【作者单位】中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院大学北京 100049;中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院大学北京 100049;中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190;中国科学院大学北京 100049【正文语种】中文【中图分类】P733.20 引言近年来，孤子内波、涡旋、海洋锋面等海水介质的不均匀性对声场的影响受到广泛的关注。

我国具有广阔的海岸线，在我国南中国海大陆架海域常有孤子内波的观测报告出现，当孤子内波在声波传播路径上出现时，由于内波在水平方向上引起大范围的声速剖面起伏，从而引起声传播的起伏。

有时这种起伏是相当可观的，可以在几十公里的距离上增加数十分贝的额外传播损失。

孤子内波作为影响声场的主要因素之一，一直是近年来水声研究的热点之一，人们对孤子内波展开了大量的工作。

孤子与激子物理实验技术的研究方法

孤子与激子物理实验技术的研究方法引言：物理学作为自然科学的一门重要分支，对于人类社会的发展起到了不可忽视的作用。

在物理学的研究领域中，孤子和激子无疑是非常重要、受到广泛关注的研究对象。

本文将探讨孤子与激子物理实验技术的研究方法，介绍相关实验技术的原理和应用。

一、基本概念与理论背景1. 孤子的概念与性质孤子指的是一种能保持自身结构和运动稳定的非线性波动现象，其在非线性系统中的传播呈现出独特的波包形态。

孤子具有坚实且持久的形态，相比传统波浪，孤子在传播过程中能够保持波动的能量和形态不变。

这种非线性传播特性使得孤子在信息传输和能量传递等领域有着重要的应用价值。

2. 激子的概念与性质激子是指由电子与空穴之间的库仑相互作用形成的激发态，主要存在于固体中的半导体、绝缘体等材料中。

它是材料的电子结构与光学性质紧密关联的重要体现。

激子在信息存储、传感、光电器件等领域具有广泛的应用前景。

二、孤子与激子实验技术的研究方法1. 基于光学的研究方法光学是研究孤子和激子现象的重要实验技术之一。

例如，通过使用自聚焦镜头、光学纤维等技术手段，可以实现光束自束缚，生成光学孤子。

而对于激子的研究，通过光激发和荧光谱技术，可以对激子的形成、传输和衰变等过程进行直接观测，揭示其特有的光学性质。

2. 基于低温和强磁场的研究方法孤子和激子的研究经常需要在低温和强磁场条件下进行，这是因为低温能够减少杂质和声子的影响，确保样品纯净度和稳定性，而强磁场则可以调节激子的能带结构和能级分布。

利用低温冷却设备和超导磁体等实验装置，可以在探测孤子和激子过程中提供重要的条件支持。

3. 基于电子显微学的研究方法电子显微学是研究孤子和激子的重要工具。

透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）等设备，可以对样品的微观结构和成分进行高分辨率的观察和表征，揭示孤子和激子在纳米尺度上的运动特性和相互作用行为。

4. 基于粒子加速器的研究方法在现代物理实验中，粒子加速器被广泛运用于研究中。

浅海低频声场的水平纵向相关性

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中声场水平纵向相关的振荡结构与强烈起伏现象进行了分析与解释。声场水平纵向相关的振荡结构是由简正波干涉所致，实验结果进一步验证了该现象在浅海低频条件下的普遍性。当实验中采用的爆炸声源的标称深度位于声该场中某号有效简正波的一个波节附近，声源实际爆炸深度的较小变化引起该号与其它号有效简正波幅度比值的较大变化，而在有效简正波号数较少的情况下引起了声场水平纵向相关的强烈起伏现象．现象表明在一定条件下从该
Ｔｃｎｌｙ，ＢｉｉｇＪａｔｎｎｖｒｉｅｈｏｏｇｅｊｎｉｏｇＵｉｅｓｔｏｙ，Ｂｅｉｇｌ０４ｉｎ０ｏ４，Ｃｉａ；２ＮａｉｎｌＬａｏａｏｙｏｃｕｔｓｊｈｎ．ｔａｂｒｔｒＡｏｉ．ｏｆｓｃＩｔｔｔＡｃｕｔｓｈｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｅｃｓｓｕｆｎｉｅｏｏｓｉ，ＣｎｓａｅＳｉｎｅ，Ｂ￣ｉｇ１０８，Ｃｉ）ｃｆｊｎ０００ｈｎａ
Ａｂｔａｔ：，ｈｏｉｏｔｌｌｎｉｕｉａｏｒｌｔｎｆｌｗ－ｅｕｎｙａｏｓｃｆｌｎｓａｌｗｍｒａｅｉｖｓｒｃＩｅｈｒｎａ－ｏｇｔｄｎｌｃｒｅａｏｓｏｏｆｑｅｃｃｕｔｅｄｉｈｌ ’ ｚｉｒｉｉｏｗａｒｎ－ｅｔｇｔｄｂｓｄｏｘｅｉｎａａａｎｏｃｌｔｏａｔｒｎｄｓｒｎｕｔａｏｆｔｅｈｒｚｎａ－ｏｇｓｉａｅａｅｎｅｐｒｍｅｔｌｄｔ．ｓｉａｎｐｔｅｎａｔｏｇｆｃｕｔｎｏｈｏｉｏｔｌｎ－ｌｉｌｉｓｌ

声孤子研究报告

声孤子研究报告《声孤子研究报告》一、引言声孤子（Solitons）是一种在非线性系统中存在的特殊波形，它具有稳定性的特点，即在传播过程中能够保持波形的完整性。

声孤子的研究对于深入理解非线性系统的动力学行为和应用于通信系统等领域具有重要意义。

本报告将对声孤子进行研究和分析。

二、声孤子的基本概念和特点声孤子指的是一种非线性系统中的孤立波，它具有以下特点：1. 稳定性：声孤子在传播过程中能够保持波形的完整性，即始终保持孤子的形状和幅度不变。

这是由于声孤子的非线性调制效应能够抵消线性系统中的自由色散效应，从而保持波形的稳定。

2. 非衍射性：声孤子传播时不会发生衍射，即波前的展宽不会发生，这是与线性波动的重要区别。

3. 相互作用性：声孤子之间存在相互作用，当两个声孤子相遇时，它们可以发生弹性散射或不同程度的相互吸引和排斥。

4. 自相似性：声孤子的波形在时间和空间上具有自相似性，即一个局部孤子的形状和幅度可以是整体孤子的一部分。

三、声孤子的形成机制声孤子的形成是由于非线性系统中的各种非线性效应共同作用而产生的。

常见的声孤子形成机制有以下几种：1. 自相位调制：声波在非线性介质中传播时，由于介质光学特性的非线性响应，声波的波形会受到自相位调制的影响，从而形成声孤子。

2. 共振吸收：当声波在非线性系统中传播时，频率与介质内的共振频率相符时，声波的能量会被非线性介质吸收，在吸收过程中产生声孤子。

3. 巨观混合：非线性系统中存在不同频率的波形传播时，由于非线性效应的作用，波形会相互作用，从而形成声孤子。

4. 散射反射：声波在非线性系统中传播时，会发生散射和反射，这些散射和反射过程也可以导致声孤子的形成。

四、声孤子的应用领域声孤子具有稳定性和非衍射性的特点，使得它在通信和光学等领域有着重要的应用价值。

主要应用领域包括：1. 光通信系统：声孤子在光纤通信中可以实现长距离传输，降低信号传播损耗，提高通信质量。

2. 光存储器：声孤子可以用于光存储器的设计和实现，实现信息的高效储存和读写。

南中国海内波特征及其引起的声场起伏.pdf

图!
"#$"%& ’((! 实验海域及主要实验设备布放图
（ +）实验海域及设备；（0）海水温度剖面；（ 2）海水盐度剖面；（3）声速剖面；（ 1）浮力频率剖面
’ 研究思路和方法
本文主要做了两方面的工作 ! 其一，是对内波活动规律的研究 ! 其二，是对内波引起声传播起伏的研究 !
由实验所得的大量温度和海流数据可以直接观察内波活动的情况 ! 除了观察内波的时空分布、幅度、特征宽度等特征量以外，还可以利用温度链的空间分布计算得到孤子内波的传播速度 ! 由水文数据处理可以计算得到内波各简正波模态的空间分布
摘要
浅海内波场与声场相互作用是 7IB79Q D""! 南中国海实验的主要内容之一 * 文中对这次实
验所得到的海洋环境和声场数据进行了处理，分析了内波的基本特征及其对声传播的影响 * 给出了孤子内波的传播速度、方向、幅度等主要特征物理量 * 结果表明：该海域存在孤子内波现象，幅度最大可达 !F" &* 内波受到半日潮、全日潮和子午潮的调制 * 内波主要由低阶模态控制 * 分析了内波对不同频率、沿不同路径传播的声信号的总能量、峰值能量以及延迟时间的影响 * 关键词
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给出了比较丰富的实验数据，检验了一些重要的理论模型 ! 但是，此次实验侧重于对垂直于大陆架方向的声传播的研究，对平行于大陆架方向的声传播
［"］的研究不充分 !
及水声数据进行处理，研究内波的特征参数以及内波引起声场起伏的规律 !
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实验简介
指向此处 !
日 6789 观测到的流的水平速度按照垂直等深线（方向角为 #)/(）和平行等深线（方向角为 //(）进行分解，见图版（:（）;） 6 ! 在大多数情况下，平行等深线方向 ! 的流速比垂直等深线方向的流速小得多，因此可以判定不同孤子内波的传播方向大致相同 ! 但是，也有一些时候，这两个流速的大小可以比拟，这说明孤子内波的传播方向不尽相同，孤子内波的激发源地也可能不尽相同 ! 对同步合成孔径雷达图象的分析表明，实验海域南方的东沙群岛海域在 * 月 #< 日就激发出明

海洋声学基础——水声学原理-吴立新

海洋声学基础——水声学原理绪论各种能量形式中，声传播性能最好。

在海水中，电磁波衰减极大，传播距离有限，无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。

声传播性能最好，水声声道可以传播上千公里，使其在人类海洋活动中广泛应用，随海洋需求增大，应用会更广。

§0-1节水声学简史01490年，意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。

11827年，瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。

21840年焦耳发现磁致伸缩效应1880年居里发现压电效应31912年泰坦尼克号事件后，L.F.Richardson提出回声探测方案。

4第一次世界大战，郎之万等利用真空管放大，首次实现了回波探测，表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。

（200米外装甲板，1500米远潜艇）5第二次世界大战主被动声呐，水声制导鱼雷，音响水雷，扫描声呐等出现，对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。

（二战中被击沉潜艇，60%靠的是声呐设备）6二、三十年代——午后效应，强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究，并建立起相关理论。

对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。

7二战后随着信息科学发展，声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展，同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。

81、1945年，Ewing发现声道现象，使远程传播成为可能，建立了一些介质影响声传播的介质模型。

2、1946年，Bergman提出声场求解的射线理论。

3、1948年，Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。

4、50-60年代，完善了上述模型（利用计算技术）。

5、1966年，Tolstor 和Clay 提出声场计算中在确定性背景结构中应计入随机海洋介质的必要性。

§0-2 节水声学的研究对象及任务1、水声学：它是声学的一个重要分支，它基于四十年代反潜战争的需要，在经典声学的基础上吸收雷达技术及其它科学成就而发展起来的综合性尖端科学技术。

深海直达声区中大深度声场水平纵向相关特性

第42卷第4期兵工学报Vol.42No.4 2021年4月ACTA ARMAMENTARII Apr.2021深海直达声区中大深度声场水平纵向相关特性王梦圆^2,李整林1,秦继兴1,吴双林⑺,王光旭1(1.中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室，北京100190； 2.中国科学院大学，北京100049)摘要：深海直达声区中大深度声场水平纵向相关特性对海底水平阵阵形设计和相应的信号处理技术具有重要参考意义。

基于2016年南海冬季一次深海不完全声道声传播实验,分析大深度声场特性及水平纵向相关性,对深海直达声区中大深度声场水平纵向相关性进行理论研究和数值仿真。

结果表明：大深度声场的水平纵向相关半径与声能量高低无关，直达声区中大深度声场的干涉特性导致声场水平纵向相关系数存在振荡结构，声场水平纵向相关半径与声场传播损失的振荡周期一致，振荡周期越大，水平纵向相关半径越大；直达声区中声场水平纵向相关半径的大小随声源频率和声源深度的增大而变小，直达声区中近距离处声场水平纵向相关半径受接收深度变化影响较小，但在远距离处随接收深度的增大而增大。

关键词：大深度声场；深海直达声区；水平纵向相关特性；振荡结构中图分类号：TB566文献标志码：A文章编号：1000-1093(2021)04-0817-10DOI：10.3969/j.issn.1000-1093.2021.04.015Horizontal-longitudinal Correlations of Sound Field at Large Depthin the Direct Zone of Deep WaterwANG Mengyuan1,2,LI Zhenglin1,QIN Jixing1,wU Shuanglin1,2,wANG Guangxu1(1.State Key Laboratory of Acoustics,Institute of Acoustics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China；2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)Abstract:The horizontal-longitudinal correlations of sound field at large depth in the direct zone of deep water have important reference significance for the design of horizontal array and the signal processing of array.The characteristics of deep water sound transmission loss and horizontal-longitudinal correlations are analyzed based on a deep water incomplete channel sound transmission experiment in the South China Sea in the winter of2016.The horizontal-longitudinal correlations in deep water of the direct zone are analyzed through theory and simulation.The results show that the horizontal and longitudinal correlation radii of sound field at large depth are independent to the sound energy.The interference characteristics of sound field at large depth in deep water of the direct zone lead to the existence of oscillation structure of horizontal-longitudinal correlation coefficient.The horizontal-longitudinal correlation radius of sound field is consistent with the oscillation period of sound transmission losses.The longer the oscillation period is，the larger the horizontal-longitudinal correlation radius is.The horizontal-longitudinal correlation radius收稿日期：2020-04-30基金项目：国家自然科学基金项目(11874061.11674349)作者简介：王梦圆(1994—),女，博士研究生。

环境适应处理方法

环境适应处理方法王宁;王鹏宇;宋文华【摘要】文章介绍了作者及其合作者近十年在环境适应处理方法方面的研究及其相关国内外研究,包括数据驱动匹配场处理、波导不变量应用及其数据驱动格林函数提取与单边声场聚焦方法.并讨论了各种方法存在的问题及可能的研究方向.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】6页(P484-489)【关键词】数据驱动;波导不变量;格林函数提取【作者】王宁;王鹏宇;宋文华【作者单位】中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266003;中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266003;中国海洋大学信息科学与工程学院青岛266003【正文语种】中文【中图分类】O422;O4270 引言声波是实现全海深、长距离信息传输的最有效波动形式，水声技术在海洋科技和声呐工程应用等具有不可替代的作用[1]。

声传播特性依赖于海洋声学环境，即所谓环境效应或称信道效应。

环境效应在许多应用中可以校正或补偿，譬如通过自适应均衡、时间反转方法。

然而，在诸如主被动水声探测应用中，由于难以提供校正用导引/测试信号且无先验环境特性，许多自适应处理方法无法应用。

水声匹配场处理是一个典型例，环境失配是传统匹配场处理的主要障碍之一[2−5]。

所谓环境适应处理方法目的是尽可能降低处理方法对环境信息的依赖性和鲁棒性。

环境自适应水声信号处理概念可以追溯到Wolf[6]的文章，而正式采用环境自适应水声信号处理概念源于上述作者及合作者在Oceans’93 的会议论文[7]，environmentally adaptive signal processing (EASP)。

按照Wolf等[7]的定义，环境自适应水声信号处理方法无需假设任何环境信息，如声速剖面、地声参数等。

文献常采用“数据驱动”一词强调处理方法无需假设环境模型。

随着匹配场失配问题认识的深入，在过去二十年间，水声物理发展在很大程度上总与EASP 有关联。

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关键词：ＲＡＭ．Ｅ模型；物方程；子内波；平纵向相干Ｐ抛孤水
中图分类号：０２４７文献标识码：Ａ文章编号：００３３（０７一２０９－７１０ — ６０２０） — １９００
Ｅｆｅｔｆｓｌａｙｉｔｒａｖｎｈｒｚｎａｏｇｔｄｎｌｆｃｓ０ｏｉｒｎｅｎｌｗａｅ０ｏｉｏｔｌｌｎｉｕｉａｔ
ｌｔｓｗｔｉ．Ｔｅａｌｕｅｆｏｃｌｔｎｉｅａｅｏｔｅｄｐｈｏｅｅｖｒａｄｓｕｃ，ａｄｌｅｉｔａｈｍｅｈｍｐｉｄｏｓｉａｉｓｒｌｔｄｔｈｅｔｆｒｃｉｅｎｏｒｅｔｌｏｎｔｅｐｒｄｏｓｉａｉｎｉｒｌｔｄｔｈｒｐｇｔｎｖｌｃｔｆｓｌａｙｉｔｒａｖ．Ａｓｌｘｈｅｏｆｏｃｌｔｓｅａｅｏｔｅｐｏａａｉｅｏｉｏｏｉｒｎｅｌｗａｅｉｅｅ — ｉｌｏｏｙｔｎｍｐｐｅｓｏｆｔｅｒｌｔｎｂｔｅｏｚｎａｏｇｔｄｎｌｃｈｒｎｅБайду номын сангаасａｄｔｓｔｅｒｔａｌｅｖｄｒｓｉｎｏｈｅａｉｅｗｅｎｈｒｏｔｌｎｉｉａｏｅｅｃｎｉｏｉｌｕｍｅｉｈｏｅｉｌｄｒｅｃｙｉｆｒｔｅｃｓｈｔｔｅｐｏａａｉｎｄｒｃｉｎｏｏｉｒｎｅａｖｓｐｒｌｌｔｈｒａ．ｏｈａｅｔａｈｒｐｇｔｉｅｔｆｓｌａｙｉｔｒｌｗａｅｉａａｌｏｔｅａｒｙｏｏｔｎｅ
维普资讯
第２６卷第２期
２００７年４月
声
学技
术
Ｖｏ．６，Ｎｏ２１２．
ＴｃｎｃｏｓｉｓｅｈｉａＡｃｕｔｃｌ
Ａｐ．２０ｒ，０７
孤子内波对声场水平纵向相干特性的影响
宋俊一，，李风华２，胡永明
（．国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙４０７；２１１０３．中国科学院声学研究所
声场声信息国家重点实验室，北京１０８）０００
摘要：运用抛物方程计算模型，究了浅海孤子内波对声场水平纵向相干特性的影响。仿真结果表明，子内波会研孤
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ＡｂｔａｔＡｕｒｃｌｓｕｙｏｈｆｃｆａｓｌａｙｉｔｒａａｅｏｈｏｚｎａｏｇｔｄｎｓｒｃ：ｎｍｅａｔｄｆｔｅｅｆｔｏｏｉｒｎｅｎｌｗｖｎｔｅｈｒｏｔｌｌｎｉｉａｉｅｔｉｕｌｃｈｒｎｅｎｓａｌｗａｅｗｖｇｉｅｉａｈｒｃｉｅｓａｒｄｕｂｓｄｎａａｏｉｏｅｅｃｉａｈｏｗｔｒａｅｕｄｗｔｌｈｔｅｍｏｌｉｃｒｉｏｔａｅｏｐｒｂｌｎｅｃ
引起水平纵向相关系数随时间出现起伏。起伏的幅度与收发深度有关，伏周期与孤子内波的传播速度有关。理论起分析给出了在孤子内波的传播方向与水平阵平行时，平纵向相关系数随时间变化的简明表达式。水