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

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

環(huán)境模型

聲源為單頻點(diǎn)源(如果無(wú)特殊說(shuō)明,全文仿真均為無(wú)指向性的單頻點(diǎn)源),聲源深度zs=50 m,頻率f=60 Hz時(shí)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(duì)波束排序,掠射角最小的波束為第1號(hào)波束,其主要形成會(huì)聚區(qū),其余3條波束會(huì)經(jīng)過(guò)波導(dǎo)的上下界面反射。廣義相積分理論(WKBZ)[11]為波導(dǎo)中簡(jiǎn)正波和射線之間的轉(zhuǎn)換搭建了“橋梁”,波導(dǎo)中第m階模態(tài)對(duì)應(yīng)于以掠射角±θm從聲源發(fā)出的2條本征聲線,根據(jù)介質(zhì)波數(shù)和水平波數(shù)間的幾何關(guān)系[12]:

根據(jù)式(2)計(jì)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(gè)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(gè)波峰,也就是有4組聲線簇,這4組聲線簇對(duì)應(yīng)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(huì)聚區(qū)的主要貢獻(xiàn)者,對(duì)應(yīng)于圖2中第1號(hào)波束。本文重點(diǎn)關(guān)注水中翻轉(zhuǎn)聲線(包括在聲道軸上下翻轉(zhuǎn)不與波導(dǎo)界面相互作用的聲線和海面反射到達(dá)海底前完成翻轉(zhuǎn)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(mǎn)足該條件的模態(tài)會(huì)被限制在波導(dǎo)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]深海海底反射區(qū)聲場(chǎng)角譜域分布結(jié)構(gòu)分析及在聲納波束俯仰上的應(yīng)用[J]. 韓志斌,彭朝暉,劉雄厚.  物理學(xué)報(bào). 2020(11)
[2]深海大深度聲場(chǎng)垂直相關(guān)特性[J]. 李整林,董凡辰,胡治國(guó),吳雙林.  物理學(xué)報(bào). 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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)). 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(xué)學(xué)報(bào). 2010(07)
[5]水平不變海洋聲道中的WKBZ簡(jiǎn)正波方法[J]. 張仁和,何怡,劉紅.  聲學(xué)學(xué)報(bào). 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(xué) 2010



本文編號(hào)：3334269