深海環(huán)境下,甚低頻聲場的空間分布特性和頻率有關,明確其形成的物理機理是進行聲吶系統(tǒng)設計、目標定位的基礎。本文利用射線-簡正波理論,分析了深海中不同頻率的聲場特性,研究表明:不同頻率下波導中占主導地位的模態(tài)（聲線）能量大小不同,這會導致聲傳播損失大小隨頻率變化而變化;不同頻率下占主導地位的模態(tài)干涉周期（聲線水平跨距）不同,這會導致聲場的空間分布規(guī)律隨頻率變化而變化;聲源深度不同,聲場空間分布特性也不同。 

【文章來源】：哈爾濱工程大學學報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

環(huán)境模型

聲源為單頻點源(如果無特殊說明,全文仿真均為無指向性的單頻點源),聲源深度zs=50 m,頻率f=60 Hz時的傳播損失如圖2所示。從圖2中可以看出,有4條波束從聲源發(fā)出,按照掠射角大小對波束排序,掠射角最小的波束為第1號波束,其主要形成會聚區(qū),其余3條波束會經過波導的上下界面反射。廣義相積分理論(WKBZ)[11]為波導中簡正波和射線之間的轉換搭建了“橋梁”,波導中第m階模態(tài)對應于以掠射角±θm從聲源發(fā)出的2條本征聲線,根據(jù)介質波數(shù)和水平波數(shù)間的幾何關系[12]:

根據(jù)式(2)計算了各階模態(tài)在聲源處的掠射角分布,如圖3所示,圖3中2個相鄰波谷之間的模態(tài)被定義為一組聲線簇[13]。按照從左到右的順序,從圖中可以看出4個波峰,也就是有4組聲線簇,這4組聲線簇對應于圖2中從聲源發(fā)出的4條波束,其中第1組聲線簇(模態(tài))是會聚區(qū)的主要貢獻者,對應于圖2中第1號波束。本文重點關注水中翻轉聲線(包括在聲道軸上下翻轉不與波導界面相互作用的聲線和海面反射到達海底前完成翻轉的聲線),具體做法是:將相速度上邊界取水中聲速最大值,將相速度下邊界取水中聲速最小值,根據(jù)Snell折射定律[10]可知,相速度取值滿足該條件的模態(tài)會被限制在波導中傳播,不與海底相互作用。1.2 模態(tài)的水平干涉周期

【參考文獻】：
期刊論文
[1]深海海底反射區(qū)聲場角譜域分布結構分析及在聲納波束俯仰上的應用[J]. 韓志斌,彭朝暉,劉雄厚.  物理學報. 2020(11)
[2]深海大深度聲場垂直相關特性[J]. 李整林,董凡辰,胡治國,吳雙林.  物理學報. 2019(13)
[3]基于射線穩(wěn)定性參數(shù)的聲傳播特性分析[J]. 林巨,趙越,王歡,陳鵬.  南京大學學報(自然科學). 2015(06)
[4]水中甚低頻聲源激發(fā)海底地震波的傳播[J]. 張海剛,樸勝春,楊士莪.  哈爾濱工程大學學報. 2010(07)
[5]水平不變海洋聲道中的WKBZ簡正波方法[J]. 張仁和,何怡,劉紅.  聲學學報. 1994(01)

博士論文
[1]淺海甚低頻聲傳播建模與規(guī)律研究[D]. 張海剛.哈爾濱工程大學 2010



本文編號：3334269