淺海甚低頻聲傳播建模與規(guī)律研究.pdf

1、現(xiàn)在水聲研究的重點之一是淺海中的聲傳播，隨著水聲探測使用的頻段越來越低，聲矢量傳感器的廣泛應用，聲矢量信號處理技術的快速發(fā)展，深入研究淺海低頻聲矢量場特性對于低頻聲矢量的探測有重要價值。淺海中艦船噪聲或海洋氣象環(huán)境所激發(fā)的海底地震波作為一種新的艦船物理場，在水中目標探測、水雷引信設計和海洋動力學監(jiān)測等方面都有很重要的應用前景。在這樣的背景下，本文致力于對具有彈性海底的淺海環(huán)境中低頻/甚低頻聲矢量場、地震波場的建模方法及傳播規(guī)律進行探索和

2、研究。主要研究內容和創(chuàng)新點分為如下兩個方面：
　　 (一)淺海彈性海底環(huán)境中甚低頻聲矢量場、地震波場建模方法研究
　　 1.建立海水中位移場、海底地震波場的快速場計算方法
　　 采用柱坐標系，建立具有彈性海底的Pekeris波導中，點源影響下海水中位移場、海底地震波場的理論模型，利用FFT的方法實現(xiàn)了位移場的計算。
　　 2.建立海水中位移場、海底地震波場的拋物方程方法模型
　　 基于彈性拋物方程

3、理論，利用反轉算子方法建立了海水中位移場、海底地震波場的計算方法。該方法與位移場的數(shù)值差分計算方法相比可以采用大的步進步長，具有計算速度快的優(yōu)點。
　　 利用坐標映射的彈性拋物方程方法結合反轉算子方法，建立具有不規(guī)則形狀彈性海底的海洋環(huán)境中位移場和地震波場的計算方法，并實現(xiàn)了岸上地震波場的計算。
　　 3.利用其它理論模型和海上實驗結果驗證了聲場計算方法的正確性
　　 利用KrakenC和SAFARI程序驗證快速

4、場模型和拋物方程方法的正確性。并進行了國內首次岸上接收水中目標輻射聲波激發(fā)地震波的海上測量實驗。利用布放在岸上的地震波測量系統(tǒng)成功地接收到了水中目標船輻射噪聲所激發(fā)的地震波信號，并利用實測數(shù)據(jù)對仿真模型進行了檢驗，實測結果和仿真結果符合較好。
　　 (二)淺海彈性海底環(huán)境中甚低頻聲傳播規(guī)律研究
　　 1.研究淺海海底地震波的激發(fā)機理。
　　 建立具有彈性海底的Pekeris波導模型，在直角坐標系下利用流體和彈性固

5、體中的波動方程建立了位移場的簡單計算模型，研究了Scholte表面波及次表面波的質點運動軌跡和質點位移分布情況及其頻散特性。
　　 2.具有彈性海底的Pekeris波導位移場的分布規(guī)律
　　 利用快速場方法和拋物方程方法仿真計算，分析海底壓縮波和剪切波聲速、海水深度、聲源頻率、聲源深度、海底聲吸收系數(shù)及聲速分布等參數(shù)對于水中位移場和彈性海底地震波場分布的影響。
　　 3.具有傾斜彈性海底的海洋環(huán)境中聲波能量的泄漏