南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响
发布时间：2021-10-11 23:38
海底地形变化对深海环境下的声传播和空间相关性有重要影响。基于2014年南海中南部海域不完全深海声道条件下大跨度垂直阵接收的声信号,选取平坦海底和典型不平整（存在小海底山和海底斜坡）海底两个不同传播方向上传播损失差异较大的距离,对声场垂直相关性进行了对比分析,并应用射线理论对相关性差异予以定性分析和机理解释。在不平整海底方向,在第一影区内小海底山遮挡区附近:在部分一次海底反射声线被小海底山遮挡的距离处,接收声信号主脉冲多途干涉结构相对平坦海底方向更加简单,垂直相关性增强;而在全部一次海底反射声线被小海底山遮挡的距离处,对声场起主要作用的变为二次海底反射声线,接收声信号主脉冲呈现多途干涉结构,垂直相关性降低。在第一会聚区附近:平坦海底环境下,由于两组水体中反转声线在空间垂直方向上的干涉效应,使得声场的垂直相关随接收深度增加呈现出周期性振荡的现象;而不平整海底方向,在50 km处,海底斜坡阻挡了一组水体反转声线,在大深度上只出现单会聚结构,观测不到垂直相关的周期性振荡现象;在57 km附近对声场起主要贡献的成分从水体中反转声线变成了多次海底反射声线,主脉冲多途展宽变宽,垂直相关性显著降低。研...
【文章来源】：声学学报. 2020,45(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
图４拖曳换能器发射声信号的周期??
董凡辰等：南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响??７９１??０．２??０．１??２０?２１??到达时间（ｓ）??１８??１９??２０?２１??到达时间（ｓ）??２２??２３??图１１声源（Ｓ）位于１３１?ｍ深度、２６．８?ｋｍ距离处，平坦海底方向／不平整海底方向在８６５?ｍ深度、??〇?ｋｍ距离处（接收点Ｒ）的本征声线和时间到达结构（（ａ）平坦海底本征声线；（ｂ）不平整海底本征声??线；（ｃ）平坦海底时间到达结构；（ｄ）不平整海底时间到达结构；（ｅ）平坦海底到达结构实验结果；（ｆ）不??平整海底到达结构实验结果，模型计算时掠射角范围选取为－４０°？４０°）??１８??１９??２０?２１??到达时间（ｓ）??２２??２３??１８??１９??２０?２１??到达时间（ｓ）??２２??２３??１．０??０．９??（ｅ）??１．０??０．９??６期??阵元为第２阵元（〒？均深度ｎｉ）时，垂直相关系??数随着接收深度变化的曲线如图１６所示？从图中可??以看出，模型计算结果与：实验结果吻合较好，不Ｔ整??海底方向的垂直相关系数明显低于乎坦海底方向，??平均低出０．２：左右、??图１７给出了?３２．０?ｋｍ处的本征声线和时间到达??结构，其中声源保度为１３１?接收深度为８掷ｍ。可??以看出，与２６．Ｓ?ｋｍ处相比，随着收发距离进一步增??加，平坦海底方向对接收点声场起主要贡献的仍然??是４条一次海底反射声线，此时接收声信号主脉冲??多途干涉结构比较简单，垂直相关ｆｔ相对比较高；而??在不亨－整海底方向，由予小海底山对一次海底反射??声线的遮挡效应进一步增强，对接收点声场起主要??贡献的变成了
董凡辰等：南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响??７９３??０?２００?４００?６００?８００?１０００１２００１４００１６００１８００??接收深度（ｍ）??图１６距离３２．０?ｋｍ处两个传播方向上声场垂直??相关比较（参考阵元深度１３４?ｍ）??次数增加，导致接收声信号主脉冲多途干涉结构变??得复杂，．猶直相关性因此降低？此外，由于海底斜坡??的存在，部分大掠射角声线（如图１７（ｂ）和图１７（ｄ）??中绿色声线所示）在与其作甩之后掠射角减小，出现??在了接收声倚号主脉冲的到达结构中，使得多途干??渉结构更加复杂，声场的垂直相关性进一步降低。??图１７㈦一图１７（ｆ）给出了实验测得的两个不同??传播方向上的时间到达结构，对比图ｌ７（ｄ）和图??可以看出在实验测得结果２２?ｓ附近，仍然有一部分??幅度较小的时间到达结构没有出现在ＢＥＬＬＨＯＰ模??型计算结果中。这主要是因为用的二维ＢＥＬＬＨＯＰ??模型Ｍ考虑二维平面内的声传播，没有考虑到小海??底山的三维声传播效应．而在真实的海洋环境中，小??海底山可能存在复杂的三维结构，声源发出的部分??声线与其侧面发生一次作用之后被水听器接收，与??平坦海底方向相比，这部分声线的到达时间介于一??次、二次海底及射声线之间，强度与平坦海底一次海??底反射声线相比也比较弱??图１８和图分别给出了两个不同传播方向上??不同接收深度多途到达结构的实验结果对比和模型??计算结果对比＊从图中可以看出，与不平整海底方向??相比，平－坦海底方向的时间到达深度结构更加简单，??垂直相关性因此较强。而且在不平整海底方向，由于??小海底山的三维水Ｔ？折射效应，实验结果与模型计?
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]深海海底山环境下声传播水平折射效应研究[J]. 李晟昊,李整林,李文,秦继兴. 物理学报. 2018(22)
[3]The effects of the uneven bottom on horizontal longitudinal correlations of acoustic field in deep water[J]. HU Zhiguo,LI Zhenglin,ZHANG Renhe,REN Yun. Chinese Journal of Acoustics. 2018(03)
[4]深海海底斜坡环境下的声传播[J]. 胡治国,李整林,张仁和,任云,秦继兴,何利. 物理学报. 2016(01)
[5]The effect of a layer of varying density on spatial correlation of sea-bottom backscattering signal[J]. LI Dandan,WANG Changhong,ZHAO Erliang,QIU Wei. Chinese Journal of Acoustics. 2015(02)
[6]Spatial correlation analysis of sea-bottom backscattering[J]. KUAI Duojie~(1,2)WANG Changhong~1 FENG Lei~1 WANG Yuling~1 QIU Wei~1 YI Huiqin~(1,2)CHEN Long~1 (1 Institute of Acoustics,Chinese Academy of Sciences Beijing 100190) (2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049). Chinese Journal of Acoustics. 2012(03)
[7]斜坡海底条件下声场垂直相关特性研究[J]. 王鲁军,彭朝晖,李整林. 声学学报. 2011(06)
[8]浅海倾斜海底声场空间相关性研究[J]. 赵梅,胡长青. 声学技术. 2010(04)
[9]浅海远程声场的空间相关性与时间稳定性[J]. 张仁和,张双荣,肖金泉,孙庚辰,王孟新. 声学学报. 1981(01)
[10]浅海声场垂直相关与边界反射(散射)损失[J]. 周纪浔. 声学学报. 1979(01)
本文编号：3431460
【文章来源】：声学学报. 2020,45(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
图４拖曳换能器发射声信号的周期??
董凡辰等：南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响??７９１??０．２??０．１??２０?２１??到达时间（ｓ）??１８??１９??２０?２１??到达时间（ｓ）??２２??２３??图１１声源（Ｓ）位于１３１?ｍ深度、２６．８?ｋｍ距离处，平坦海底方向／不平整海底方向在８６５?ｍ深度、??〇?ｋｍ距离处（接收点Ｒ）的本征声线和时间到达结构（（ａ）平坦海底本征声线；（ｂ）不平整海底本征声??线；（ｃ）平坦海底时间到达结构；（ｄ）不平整海底时间到达结构；（ｅ）平坦海底到达结构实验结果；（ｆ）不??平整海底到达结构实验结果，模型计算时掠射角范围选取为－４０°？４０°）??１８??１９??２０?２１??到达时间（ｓ）??２２??２３??１８??１９??２０?２１??到达时间（ｓ）??２２??２３??１．０??０．９??（ｅ）??１．０??０．９??６期??阵元为第２阵元（〒？均深度ｎｉ）时，垂直相关系??数随着接收深度变化的曲线如图１６所示？从图中可??以看出，模型计算结果与：实验结果吻合较好，不Ｔ整??海底方向的垂直相关系数明显低于乎坦海底方向，??平均低出０．２：左右、??图１７给出了?３２．０?ｋｍ处的本征声线和时间到达??结构，其中声源保度为１３１?接收深度为８掷ｍ。可??以看出，与２６．Ｓ?ｋｍ处相比，随着收发距离进一步增??加，平坦海底方向对接收点声场起主要贡献的仍然??是４条一次海底反射声线，此时接收声信号主脉冲??多途干涉结构比较简单，垂直相关ｆｔ相对比较高；而??在不亨－整海底方向，由予小海底山对一次海底反射??声线的遮挡效应进一步增强，对接收点声场起主要??贡献的变成了
董凡辰等：南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响??７９３??０?２００?４００?６００?８００?１０００１２００１４００１６００１８００??接收深度（ｍ）??图１６距离３２．０?ｋｍ处两个传播方向上声场垂直??相关比较（参考阵元深度１３４?ｍ）??次数增加，导致接收声信号主脉冲多途干涉结构变??得复杂，．猶直相关性因此降低？此外，由于海底斜坡??的存在，部分大掠射角声线（如图１７（ｂ）和图１７（ｄ）??中绿色声线所示）在与其作甩之后掠射角减小，出现??在了接收声倚号主脉冲的到达结构中，使得多途干??渉结构更加复杂，声场的垂直相关性进一步降低。??图１７㈦一图１７（ｆ）给出了实验测得的两个不同??传播方向上的时间到达结构，对比图ｌ７（ｄ）和图??可以看出在实验测得结果２２?ｓ附近，仍然有一部分??幅度较小的时间到达结构没有出现在ＢＥＬＬＨＯＰ模??型计算结果中。这主要是因为用的二维ＢＥＬＬＨＯＰ??模型Ｍ考虑二维平面内的声传播，没有考虑到小海??底山的三维声传播效应．而在真实的海洋环境中，小??海底山可能存在复杂的三维结构，声源发出的部分??声线与其侧面发生一次作用之后被水听器接收，与??平坦海底方向相比，这部分声线的到达时间介于一??次、二次海底及射声线之间，强度与平坦海底一次海??底反射声线相比也比较弱??图１８和图分别给出了两个不同传播方向上??不同接收深度多途到达结构的实验结果对比和模型??计算结果对比＊从图中可以看出，与不平整海底方向??相比，平－坦海底方向的时间到达深度结构更加简单，??垂直相关性因此较强。而且在不平整海底方向，由于??小海底山的三维水Ｔ？折射效应，实验结果与模型计?
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]深海海底山环境下声传播水平折射效应研究[J]. 李晟昊,李整林,李文,秦继兴. 物理学报. 2018(22)
[3]The effects of the uneven bottom on horizontal longitudinal correlations of acoustic field in deep water[J]. HU Zhiguo,LI Zhenglin,ZHANG Renhe,REN Yun. Chinese Journal of Acoustics. 2018(03)
[4]深海海底斜坡环境下的声传播[J]. 胡治国,李整林,张仁和,任云,秦继兴,何利. 物理学报. 2016(01)
[5]The effect of a layer of varying density on spatial correlation of sea-bottom backscattering signal[J]. LI Dandan,WANG Changhong,ZHAO Erliang,QIU Wei. Chinese Journal of Acoustics. 2015(02)
[6]Spatial correlation analysis of sea-bottom backscattering[J]. KUAI Duojie~(1,2)WANG Changhong~1 FENG Lei~1 WANG Yuling~1 QIU Wei~1 YI Huiqin~(1,2)CHEN Long~1 (1 Institute of Acoustics,Chinese Academy of Sciences Beijing 100190) (2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049). Chinese Journal of Acoustics. 2012(03)
[7]斜坡海底条件下声场垂直相关特性研究[J]. 王鲁军,彭朝晖,李整林. 声学学报. 2011(06)
[8]浅海倾斜海底声场空间相关性研究[J]. 赵梅,胡长青. 声学技术. 2010(04)
[9]浅海远程声场的空间相关性与时间稳定性[J]. 张仁和,张双荣,肖金泉,孙庚辰,王孟新. 声学学报. 1981(01)
[10]浅海声场垂直相关与边界反射(散射)损失[J]. 周纪浔. 声学学报. 1979(01)
本文编号：3431460
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