一種復(fù)雜海洋環(huán)境聲場(chǎng)算法的初步研究.pdf

1、海洋環(huán)境復(fù)雜多變，而聲波作為海洋環(huán)境中唯一可以遠(yuǎn)距離傳播的波動(dòng)形式，它在海洋中的傳播可以通過(guò)建立數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算，快速聲場(chǎng)預(yù)報(bào)模式對(duì)于聲納性能預(yù)報(bào)和海洋壞境參數(shù)層析反演十分重要。如何建立快速、精確的聲場(chǎng)計(jì)算模型是提高聲場(chǎng)預(yù)報(bào)質(zhì)量的前提。 本文首先回顧了現(xiàn)有的聲場(chǎng)計(jì)算模型，并總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍，并對(duì)目前比較流行的兩種計(jì)算模型——簡(jiǎn)正波方法和拋物方程方法作了詳細(xì)的介紹，它們也是我們提出的聲場(chǎng)計(jì)算模型的基礎(chǔ)。 對(duì)于

2、水平均勻和水平緩變的海洋波導(dǎo)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的聲場(chǎng)計(jì)算模型已經(jīng)比較成熟，絕熱簡(jiǎn)正波理論、拋物方程(PE)方法都能給出快速、精確的聲場(chǎng)預(yù)報(bào)。對(duì)于水平變化較大的海洋環(huán)境，由于水平變化對(duì)聲場(chǎng)的影響，用絕熱近似方法來(lái)計(jì)算聲場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生較大的偏差；而耦合簡(jiǎn)正波理論，雖然計(jì)算精度高，但計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)；拋物方程方法計(jì)算精度比耦合簡(jiǎn)正波的稍差，只能計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)，且處理向后散射有困難，但計(jì)算速度快。耦合簡(jiǎn)正波-拋物方程(CMPE)方法在水平方向采用拋物方程法求解簡(jiǎn)正波系

3、數(shù)方程，可以克服由于耦合簡(jiǎn)正波理論的分段水平均勻近似帶來(lái)的缺陷，耦合系數(shù)中考慮了海底傾斜的影響，可以加大水平步長(zhǎng)，同時(shí)可以很方便地應(yīng)用于三維聲傳播問(wèn)題。 耦合簡(jiǎn)正波計(jì)算機(jī)算量繁多的關(guān)鍵在于耦合矩陣的計(jì)算，需要逐點(diǎn)計(jì)算局地簡(jiǎn)正波及其微分系數(shù)，高精度計(jì)算要求水平分區(qū)多，結(jié)果在精度和計(jì)算量之間存在一定的矛盾。本文借鑒CMPE的諸多優(yōu)點(diǎn)，探討了一種基于簡(jiǎn)正波理論的局地簡(jiǎn)正波聲場(chǎng)計(jì)算方法，基本思想是：利用求解低維矩陣問(wèn)題代替現(xiàn)有簡(jiǎn)正波模型