淺海遠(yuǎn)程海底混響的建模與特性研究.pdf

1、淺海低頻遠(yuǎn)程海底混響的研究由來已久,然而隨著水聲技術(shù)的不斷拓展,尤其是未來的低頻強(qiáng)聲主動(dòng)拖曳探測(cè)系統(tǒng),或者近岸多基地主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)欲實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的遠(yuǎn)程探測(cè),就迫切需要對(duì)淺海域中的低頻混響特性以及復(fù)雜波導(dǎo)界面的小掠射角散射過程有更加清晰、深入的機(jī)理性認(rèn)識(shí)和分析。
　　鑒于此,本文以淺海低頻遠(yuǎn)程海底混響的理論建模與特性研究為核心,建立了一套完整的以物理散射機(jī)制為基礎(chǔ)的耦合簡(jiǎn)正波混響模型,并將其擴(kuò)展到與水平距離有關(guān)的傾斜波導(dǎo)環(huán)境中。探討了淺

2、海低頻遠(yuǎn)程海底混響的強(qiáng)度衰減規(guī)律、空間分布特性及其相應(yīng)的物理機(jī)理。與此同時(shí),本文還開展了大量的淺海海底混響的測(cè)量工作,對(duì)理論建模和特性分析給予了有力支撐。
　　在理論建模方面:
　　1、根據(jù)耦合簡(jiǎn)正波算法的物理意義,將接收點(diǎn)處的混響場(chǎng)視為海底粗糙界面或者不均勻底質(zhì)對(duì)聲場(chǎng)各模態(tài)信號(hào)的耦合作用所致。利用耦合簡(jiǎn)正波的觀點(diǎn)解釋了復(fù)雜的海底界面與海底不均勻介質(zhì)的散射過程。
　　2、根據(jù)海底界面起伏規(guī)律或者不均勻底質(zhì)的分布情況,直

3、接求得海底混響場(chǎng)的表達(dá)式,借助傅里葉積分可以對(duì)任意信號(hào)形式的海底混響場(chǎng)進(jìn)行求解。給出了隨距離變化的水平波導(dǎo)中本地混響、異地混響強(qiáng)度的解析表達(dá)式。
　　3、對(duì)于緩坡傾斜海底的過渡海區(qū),利用絕熱近似,通過水平射線-垂向簡(jiǎn)正波理論求解了過渡海區(qū)海底混響的水平因子,進(jìn)而建立了與水平距離有關(guān)的波導(dǎo)環(huán)境中的混響理論。該模型理論嚴(yán)謹(jǐn),適用性廣,并可擴(kuò)展至三維問題。
　　在針對(duì)工程應(yīng)用的混響特性研究方面:
　　1、從最基礎(chǔ)的混響強(qiáng)度特

4、性入手,尤其針對(duì)過去研究較少的多基地混響進(jìn)行了系統(tǒng)深入的機(jī)理性探究,對(duì)比了本地混響和異地混響的強(qiáng)度及其衰減規(guī)律的異同,并首次探討了過渡海域中多基地海底混響的強(qiáng)度衰減規(guī)律,結(jié)果表明斜坡環(huán)境中的傳播效應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)程混響衰減影響顯著。
　　2、文中將混響過程視作一種無源網(wǎng)絡(luò),從聲傳播的視角,充分考慮淺海信道的環(huán)境效應(yīng)和傳播特點(diǎn),細(xì)致討論了海底界面起伏以及海底底質(zhì)參數(shù)對(duì)異地遠(yuǎn)程海底混響強(qiáng)度衰減規(guī)律的影響機(jī)制。
　　3、應(yīng)用耦合簡(jiǎn)正波混響模

5、型,探討了淺海遠(yuǎn)程海底混響的空間分布規(guī)律,分析了垂向、水平縱向、水平橫向相關(guān)的時(shí)/空/頻特性,并在合理近似的基礎(chǔ)上,定量描述了其變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,淺海遠(yuǎn)程海底混響水平橫向相關(guān)要優(yōu)于水平縱向相關(guān),而垂向相關(guān)最差。
　　4、細(xì)致揭示了淺海波導(dǎo)邊界對(duì)遠(yuǎn)程混響空間分布特性的影響。在不同海況條件下,從粗糙海面散射引起的模態(tài)耦合角度,探討了起伏海面對(duì)淺海遠(yuǎn)距離混響的影響機(jī)制。結(jié)果表明,淺海中雖然海底混響占據(jù)支配性影響,但是,起伏海面增強(qiáng)