空氣中聲源產生的水下聲場建模與分析.pdf

1、設計良好的水下對空聲探測系統(tǒng)，需要深入理解空氣聲波透射入水規(guī)律。本論文對空氣中聲源水下聲場的建模方法和水下聲場分布規(guī)律進行深入研究。研究了空氣中聲源的深海聲場、淺海聲場建模方法，空氣存在風和聲速剖面時的聲場建模方法，空氣中高速運動聲源的水下聲場建模方法等，并用所建立的聲場模型對空氣聲源的水下聲場特征進行深入研究。主要研究內容和取得的成果有： (1)對空氣聲源激發(fā)的深海聲場，用射線方法計算了折射場，并引入波動方法進行修正和補充,討

2、論了水下側面波分布特征。建立了直接波數(shù)積分模型，它是聲場積分變換技術的直接數(shù)值實現(xiàn)，其計算結果包含聲場的所有成分，可作為標準解。 (2)對空氣聲源激發(fā)的淺海聲場，建立了改進的傳播矩陣快速場模型，通過修改下邊界聲導納計算公式，將它推廣到彈性海底情況。建立了分層運動介質的二維快速場模型和近似計算的一維快速場模型，用于研究空氣中風和聲速剖面對聲波透射入水的影響。用建立的模型，研究了空氣聲源淺海聲場的分布特性，討論了淺海聲場的平均傳播損

3、失、聲源高度的影響、空氣風和聲速剖面的影響，以及空氣和海水中聲傳播條件對水下側面波的影響等。 (3)對空氣中高速運動聲源，建立了二維波數(shù)積分模型，以及遠場條件的一維波數(shù)積分模型。當空氣聲源運動軌跡通過接收器正上方時，得到了快速場模型。用所建立的模型，對空氣高速運動聲源的深海聲場和淺海聲場特性進行了研究。在深海中，水下接收信號的幅度和瞬時頻率隨時間變化，變化速度與空氣聲源高度、水下接收器深度、聲源和接收器最小水平距離等因素有關。在

4、淺海中，由于聲源的高速運動，水下接收信號的幅度將出現(xiàn)快速起伏，信號頻率出現(xiàn)頻移和頻率展寬，這將對水下窄帶檢測系統(tǒng)產生影響。另外，在時頻平面上各傳播路徑可能分開。對于運動聲源，水下側面波的最大多普勒頻移，大于水下折射聲波，與空氣聲波一致。 (4)對空氣聲波透射入水現(xiàn)象進行實驗研究。在西北工業(yè)大學消聲水池進行了聲波透射入水實驗，實驗結果很好驗證了理論預測。在陜西楊陵水上運動中心進行了空氣聲源淺海聲場模擬實驗，在水下230m遠，清楚的