声速剖面主导的浅海声传播最佳深度规律研究

[目的]为提高实际海洋环境中不同季节时的水声通信和声呐探测能力,对浅海声传播的最佳深度现象进行研究。[方法]运用简正波方法,针对不同季节的典型声速剖面,计算典型声速剖面下不同频率和不同接收点深度的非相干声传播损失随距离和深度变化的伪彩图,研究不同声速剖面对声传播最佳深度的影响。[结果]结果显示:低频时,最佳深度不随声速剖面和声源深度的变化而变化,始终位于海水层中层附近;高频时,当声源位于等梯度海水层或负跃层下较深海水的等温层时,最佳深度位于声源深度和声源在等声速层内的对称深度,正梯度和负梯度下的最佳深度位于声源深度处。[结论]研究结果可为水声通信的接收点深度和被动声呐位置的选取提供参考。

基于简正波模型的浅海最佳频率的深度特性仿真研究

[目的]海底和海面边界条件不同导致声场能量分布不均匀,浅海声传播的最佳频率在深度方向也存在较大差异。为了研究最佳频率在深度方向分布的规律,[方法]采用简正波方法研究浅海声传播最佳频率的深度特性,通过改变海水深度、海底参数、海面粗糙度和声速剖面,研究声源位于海水中间层及其他位置时不同深度接收点的最佳频率的变化规律。[结果]结果表明,当声源位于海水中间层附近时,海水中间层存在一段最佳频率随接收点深度变化且保持不变的区域,该区域厚度在海水深度变化时近似为海水深度的一半,与海底参数和海面粗糙度关系较小。[结论]研究结果说明浅海存在一个梯形区域,该区域内的最佳频率不随声源和接收点相对位置的变化而变化,所得结论可以对水声通信技术和潜艇隐身性能的发展提供一定的帮助。

基于三参数模型的浅海声场最佳频率研究

[目的]针对典型浅海环境下的最佳频率问题,[方法]首先,以海底反射损失三参数模型为基础,推导单阶简正波的衰减系数与频率的关系,求解其最佳频率,并通过与前人公式对比验证该算法的正确性;然后,应用该方法研究海底压缩波速度、海底吸收损失幂指数和海底粗糙度对单阶简正波最佳频率的影响。[结果]最佳频率随着海底压缩波速度的增大而减小;吸收损失幂指数越大,最佳频率现象越不明显;粗糙度的变化只对所有简正波叠加后近场的最佳频率有较大影响,对单阶简正波的最佳频率几乎没有影响。[结论]计算的最佳频率更贴近实际海洋环境,可为进一步提高水声通信和探测能力提供一定的帮助。

基于简正波模态的浅海声传播的最佳深度规律研究

在给定距离情况下,声能量在深度方向上的分布并不均匀,体现在声传播损失在不同深度之间的差异可达20dB,因此研究深度方向上的声传播损失最小点即最佳深度对水声通信和探测有一定帮助。采用简正波方法对最佳深度的影响因素进行研究,得出声源频率、声源深度和海水深度对最佳深度的影响最大,并在理想液体波导中研究了海水深度和声源频率主导的简正波模态阶数对最佳深度影响,得出在给定声源深度情况下,简正波阶数是影响最佳深度的唯一因素。当海水中简正波阶数从1逐渐增大时,最佳深度也从海水层中部逐渐向海面和海底移动,当简正波个数足够多时,最佳深度稳定在声源深度和声源的对称深度。