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。

浅海质点振速场强度的深度分布特性

质点振速场强度的深度分布特性对水声探测与估计具有重要影响.基于简正波非相干模态和变换到角度积分的近似条件,推导出质点振速的非相干简正波的角度积分形式,避免了本征值和本征函数的复杂计算,并揭示了质点振速强度在声源深度及对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值结果表明:非相干质点振速的角度积分解析式可实现快速计算,并可较好地表征出质点振速强度的深度分布特性;同时,由于简正波模态幅度函数的叠加效应,垂直质点振速与水平质点振速的深度分布存在显著差异性;随后,以质点振速强度差为研究对象,分析了水平距离、声源频率、声速剖面及海水深度等参数对质点振速场强度的深度分布特性的影响.相关结论可为基于矢量场的被动目标深度估计提供理论依据.

基于声场波数谱特征的深度估计方法

为了估计目标深度、区分水下水面目标,提出了水平接收基阵获取声场波数谱和基于声场垂直波数谱特征的深度估计方法。仿真结果表明,在高信噪比情况下,该方法估计目标深度是可行的。