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声学所提出基于次声射线传播模型的次声源高度定位算法

2019-10-11 声学研究所
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  次声波是频率在20Hz以下的声波,它频率低、传播衰减小,传播距离可达几百甚至上千公里。很多自然和人为事件都可以产生次声波,例如地震、海啸、火山爆发等自然灾害以及高铁运行、火箭发射等。根据探测到的次声波,人们可以对不同事件进行分析,获取事件发生的位置、性质等,是一种监测自然灾害等事件发生和发展的有效方法。但是,由于次声波受环境影响较大,对次声波源的定位及定性分析会出现较大的误差。为了减少这种误差,在次声信号分析时须考虑次声波传播的影响。

  基于球坐标的三维哈密顿轨迹追踪方法,中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室的滕鹏晓、吕君等人提出一种基于次声射线传播模型的次声源高度定位算法,建立了一个次声传播轨迹反演的理论模型,可以减小次声源的定位误差。相关研究成果628日在线发表于国际学术期刊The Journal of the Acoustical Society of America

  研究人员首先使用MSISE00模型和HWM93模型获取北京地区夏季和冬季不同高度处的有效声速,然后用传统的模型模拟位于北京的次声源发出的次声传播路径,用以校验反演模型,最后进行实验验证,理论定位得出的高度与真实值非常近似,从而证明了传播轨迹反演算法的可行性。

  研究人员基于两项关键技术提出该模型:一是射线追踪数值模型的建立,二是基于HARPA(Hamiltonian Acoustic Ray-tracing Program for the Atmosphere)模型的传播轨迹反演算法。HARPA是一个全三维射线模型,通过接入大气风和温度的连续三点作为次声源,并将事件发生时风场模型中的风速矢量反向作为模型中的风场模型,从而反演得到次声源的高度。

  研究人员利用该算法验证了2014115日发生在内蒙古自治区锡林郭勒盟的流星事件,与美国NASA公布的结果相比,计算得到的流星爆炸高度相对误差为25.53%,位置经纬度计算误差为0.25o。比传统定位算法计算误差小。

  论文链接

HARPA模型得出的次声源高度为0,频率为0.1Hz,时间为夏季的声线路径(图/中科院声学所)

传播轨迹反演算法得出的流星爆炸位置(图/中科院声学所)

打印 责任编辑:叶瑞优

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