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水下粗糙界面声散射建模研究

张一弛  
【摘要】: 散射是研究水声传播中多种现象的重要基础。结合经典的Kirchhoff近似和微扰方法,本文研究了小斜率近似方法用于计算海面及Biot模型下的非相干散射,详细推导了将该方法应用于狄雷赫雷边界条件及Biot模型,并进行了验证计算。 小斜率近似中使用的T矩阵序列可以表示为以均方根表面斜率展开的形式。其在每一阶次上都是互易的,且在较小表面粗糙度条件下蜕变为微扰近似的形式。当声波频率较高时,二阶的小斜率近似等同于Kirchhoff近似。通过仿真并对比小斜率近似与积分方程严格解在一维自由边界表面的最低阶非相干散射计算结果,验证了该方法的正确性。仿真时使用的均方根表面斜率接近45°。 结果表明,对于文中给出条件下的散射情况,小斜率近似方法在较大的掠射角范围内能够很好地与积分方程严格解相吻合。其吻合的范围取决于均方根表面斜率、表面相关半径及入射角。 在此基础之上,本文将该方法推广运用于Biot模型下的海底散射计算,并给出了在高斯谱起伏条件下的计算结果。研究证明,Voronovich提出的小斜率近似(SSA)方法在入射掠射角不是非常小,表面起伏斜率不是非常大的条件下计算粗糙表面散射是非常有效的。


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