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浅海孤立子内波对声传播的影响

马树青  
【摘要】:海洋内波是广泛存在于海洋内部的波动现象,它的存在会引起海洋深度与距离方向上的温盐结构变化,进而改变声速剖面。因此在海洋内波的传播过程中,如果有声信号通过,将产生声信号幅度与相位的剧烈起伏。因此,研究内波对声传播的影响是十分必要的。 我国具有广阔的海岸线,在浅海大陆架海域,常有大振幅浅海孤立子内波的观测报告出现。孤立子内波对石油钻井平台、海底石油管道造成了严重的威胁,也为潜艇的探测提出了更高的挑战。同时,当海洋中存在内波、涡旋、锋面等现象时,这种三维复杂海洋环境下的声传播模型建模研究,也一直是水声传播研究领域的研究重点之一。因此,本文以三维复杂海洋环境下声场建模为研究背景,对浅海孤立子内波对声传播的影响进行了系统全面的理论、仿真和试验研究。 本文首先简要介绍了海洋内波的研究与发展概况,并对海洋内波对声传播影响的研究进行了简要概括。给出了常见的线性内波与孤立子内波模型,并利用射线理论分析了孤立子内波对三维声线产生的折射效应,应用耦合简正波理论分析了孤立子内波移动时对声传播带来的起伏,使用抛物方程方法进行数值分析,仿真了不同情况下孤立子内波对声传播产生的幅度、相位及能量的影响。仿真了孤立子内波对不同的波束形成算法以及声矢量场带来的影响。 通过海上试验,得到了孤立子内波传播时的温度数据与孤立子内波传播过程中的声信号起伏数据。首先分析处理了试验中测量得到的温度数据与声信号数据,然后使用试验测量的海洋环境参数,利用抛物方程方法对声传播过程进行了仿真,并将仿真结果与实际测量结果进行了对比验证,进一步验证了孤立子内波在移动过程中对声传播过程所产生的影响。本文结果表明,采用抛物方程方法研究孤立子内波对声传播的影响,方法简明有效,文中的一些方法与结论,可以为实际工程的测量与数据分析等应用提供参考。


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