深海甚低频声场的空间分布特性研究

发布时间：2021-08-10 14:56

　　深海环境下,甚低频声场的空间分布特性和频率有关,明确其形成的物理机理是进行声呐系统设计、目标定位的基础。本文利用射线-简正波理论,分析了深海中不同频率的声场特性,研究表明:不同频率下波导中占主导地位的模态（声线）能量大小不同,这会导致声传播损失大小随频率变化而变化;不同频率下占主导地位的模态干涉周期（声线水平跨距）不同,这会导致声场的空间分布规律随频率变化而变化;声源深度不同,声场空间分布特性也不同。 

【文章来源】：哈尔滨工程大学学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

环境模型

声源为单频点源(如果无特殊说明,全文仿真均为无指向性的单频点源),声源深度zs=50 m,频率f=60 Hz时的传播损失如图2所示。从图2中可以看出,有4条波束从声源发出,按照掠射角大小对波束排序,掠射角最小的波束为第1号波束,其主要形成会聚区,其余3条波束会经过波导的上下界面反射。广义相积分理论(WKBZ)[11]为波导中简正波和射线之间的转换搭建了“桥梁”,波导中第m阶模态对应于以掠射角±θm从声源发出的2条本征声线,根据介质波数和水平波数间的几何关系[12]:

根据式(2)计算了各阶模态在声源处的掠射角分布,如图3所示,图3中2个相邻波谷之间的模态被定义为一组声线簇[13]。按照从左到右的顺序,从图中可以看出4个波峰,也就是有4组声线簇,这4组声线簇对应于图2中从声源发出的4条波束,其中第1组声线簇(模态)是会聚区的主要贡献者,对应于图2中第1号波束。本文重点关注水中翻转声线(包括在声道轴上下翻转不与波导界面相互作用的声线和海面反射到达海底前完成翻转的声线),具体做法是:将相速度上边界取水中声速最大值,将相速度下边界取水中声速最小值,根据Snell折射定律[10]可知,相速度取值满足该条件的模态会被限制在波导中传播,不与海底相互作用。1.2 模态的水平干涉周期

【参考文献】：
期刊论文
[1]深海海底反射区声场角谱域分布结构分析及在声纳波束俯仰上的应用[J]. 韩志斌,彭朝晖,刘雄厚.  物理学报. 2020(11)
[2]深海大深度声场垂直相关特性[J]. 李整林,董凡辰,胡治国,吴双林.  物理学报. 2019(13)
[3]基于射线稳定性参数的声传播特性分析[J]. 林巨,赵越,王欢,陈鹏.  南京大学学报(自然科学). 2015(06)
[4]水中甚低频声源激发海底地震波的传播[J]. 张海刚,朴胜春,杨士莪.  哈尔滨工程大学学报. 2010(07)
[5]水平不变海洋声道中的WKBZ简正波方法[J]. 张仁和,何怡,刘红.  声学学报. 1994(01)

博士论文
[1]浅海甚低频声传播建模与规律研究[D]. 张海刚.哈尔滨工程大学 2010



本文编号：3334269