水平遞推聲線模型及聲速剖面建模與研究.pdf

1、本文主要研究海洋聲場(chǎng)中的一種聲線模型，此模型可應(yīng)用于水下聲納、海洋資源開發(fā)和海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。這種模型以聲速為基礎(chǔ)，構(gòu)造海洋中聲能的傳播路徑、聲衰減、延時(shí)等。
　　 本文提出用B-樣條構(gòu)造聲速剖面的方法，克服了常規(guī)三次樣條內(nèi)插法對(duì)含有較大拐點(diǎn)曲線內(nèi)插的不足，為聲線模型的構(gòu)造建立了良好的基礎(chǔ)。為了合理地構(gòu)造聲線傳播路徑需要在聲線模型中使用較為準(zhǔn)確的聲速剖面。在常規(guī)的內(nèi)插法中，如果存在有較大拐點(diǎn)，會(huì)使內(nèi)插得到的曲線在與拐點(diǎn)

2、左右相鄰的兩個(gè)樣點(diǎn)之間產(chǎn)生明顯波動(dòng)，造成曲線非單調(diào)分布，這與實(shí)際聲速有很大的差異，另外還會(huì)產(chǎn)生尖銳的凸起。三次樣條內(nèi)插雖然能較好的平滑內(nèi)插曲線，但面對(duì)波動(dòng)現(xiàn)象只能丟棄這一個(gè)奇異樣點(diǎn)來保證曲線整體的單調(diào)性，然而丟棄的同時(shí)會(huì)在這個(gè)樣點(diǎn)的位置上出現(xiàn)大的內(nèi)插偏移量。由于B-樣條曲線可通過調(diào)整參數(shù)來改變益線形狀，因而采用B-樣條內(nèi)插后，能夠保持每個(gè)采樣點(diǎn)的完整性且在樣點(diǎn)處無偏差，這樣可以在曲線上保留每個(gè)樣點(diǎn)而無須為了平滑曲線丟棄部分樣點(diǎn)，兼顧了平

3、滑性和一致性的要求。文中通過分析研究，找到合理調(diào)整B-樣條參數(shù)的方法將內(nèi)插的曲線進(jìn)行平滑，且滿足了聲線模型對(duì)曲線導(dǎo)數(shù)的要求。
　　 本文采用沿水平方向遞推的聲線模型，并將其與B-樣條內(nèi)插的聲速剖面相結(jié)合。在翻閱大量當(dāng)今聲線模型的資料后發(fā)現(xiàn)，采用水平方向遞推的聲線模型很少，大部分是按聲線軌跡進(jìn)行遞推。從原理上講兩者是從不同的角度出發(fā)，得到了相似的結(jié)論，不過由于＜Computational Ocean Acoustics＞在國(guó)內(nèi)流傳

4、廣泛影響深遠(yuǎn)，后者獲得的關(guān)注更多一些。一般海洋聲場(chǎng)分析中將聲速設(shè)定為深度的函數(shù)。在此條件下，最原始的聲線構(gòu)造法是將聲介質(zhì)按深度進(jìn)行分割，分割出的分段長(zhǎng)度由計(jì)算的步長(zhǎng)決定。每個(gè)分段內(nèi)聲速為線性變化，而后按照程函方程描繪出段內(nèi)聲線軌跡，段與段之間的聲線在邊界上按Snell定律連接。這種方法涉及分層的選取，如今為了避免分層對(duì)聲線造成的偏移，一般采用在聲線軌跡坐標(biāo)下展開迭代的聲線算法。這種辦法雖然在完全利用聲速剖面上取得了進(jìn)步，然而在每次迭代后

5、需要轉(zhuǎn)換出水平坐標(biāo)和深度坐標(biāo)來判斷是否存在界面反射的情況。采用了沿水平方向迭代的聲線算法后，每次遞推后的各個(gè)元素：傳輸時(shí)間、出射角、波前坐標(biāo)，都與水平距離直接相關(guān)聯(lián)，因而在每次迭代后無需進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就可以很方便的直接對(duì)照海底地形進(jìn)行聲線反射操作。
　　 本文的成果包括：分析水平遞推方法中對(duì)聲速剖面的特殊要求，詳細(xì)介紹如何采用B-樣條構(gòu)造符合導(dǎo)數(shù)、連續(xù)性階數(shù)要求的聲速剖面； B-樣條同時(shí)提供了任意位置內(nèi)插點(diǎn)的計(jì)算，這使得在遞推過程