论文部分内容阅读
单模发射即声场中单个简正波(即单模)声场的激发，通过布放在不同深度的多个换能器的同时发射来实现各号简正波之间的消长，使得声场中只存在单号简正波。单模具有辐射能量利用率高、传播损失低、避免多途干扰和抑制混响等优点，有广阔的应用前景。
单模发射分为开环发射和闭环发射两种。单模开环发射具有相当大的局限性；单模闭环发射属于新兴的研究课题，核心思想是首先根据垂直水听器反馈阵接收声场来估计格林函数矩阵，然后再利用所估计的格林函数矩阵，采用求逆的方法确定发射某指定号模的各垂直发射换能器的权系数，以所确定权系数发射的声场即为该指定号单模声场。闭环控制算法无需发射阵到反馈阵之间的海洋环境先验知识，具有良好的自适应性。
本文首先研究了浅海单模发射的系统建模。将时变系统的可控制性、可观测性以及稳定性应用在单模发射系统。对声场的简正波形式的矩阵表达式以及声场格林函数矩阵进行了详细介绍。同时，研究了对声场可观测性有重要意义的简正波过滤技术，讨论了水听器阵的设计问题。
本文着重研究了单模发射的闭环控制问题，这也是本文的核心问题。本文详细推导了声场格林函数矩阵的各种估计方法，统一了各估计方法之间的关系。同时指出了现有方法存在的不足，并在此基础上通过研究格林函数矩阵的估计协方差，提出了一种最佳估计算法。设计了一种对格林函数矩阵作最佳估计的最佳发射阵权系数矩阵，基于此矩阵的单模发射算法可以使得单模激发过程以最快的速度收敛，并且发射稳定。算法的优势在模拟计算中得到了验证，并且给出了海上实验的结果。
本文最后通过仿真模拟讨论了影响单模发射的各种因素，结果可以作为对单模发射的一种参考。