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三维环境海洋混响强度衰减规律研究

张明辉  
【摘要】:海洋混响是严重影响声纳性能的主要因素之一,同时也包含了大量的海洋环境信息,因此对海洋混响的研究就显得很有意义。平均强度是描述海洋混响的一个重要物理量,很早就有人对其衰减规律进行研究,但至今还没有得到完满的结果。本文就是在前人工作的基础上对浅海海洋混响平均强度衰减的算法进行了一些有益的改进。 用射线声学计算浅海混响时,若考虑所有多途的影响,公式比较繁琐;而实际上,有些多途声线对混响的贡献并不大,可以忽略。本文以射线声学理论为基础,推导出典型海洋环境下各类多途声线的海底混响平均强度计算式,在数值计算的基础上,分析比较各类多途声线海底混响的相对大小以及它们对总混响的贡献。结果表明:只需考虑四类多途声线(海底的一次散射)对混响强度的贡献,就可以计算出较准确的海洋混响强度。 然后从分层介质的射线声学理论出发导出倾斜海底收发合置海底混响平均强度的近似表达式,并对其进行数值分析。结果表明:海底散射方向性指数因子、海水声速梯度、海底倾斜角等对海洋混响平均强度的衰减皆有影响。海底散射方向性指数因子对其影响最大,因而准确选取海底散射模型是浅海近程混响建模的关键。对海洋混响平均强度的衰减影响较大的另一因素是声速梯度。第三个因素是海底倾斜角,海底倾斜角越大,海洋混响平均强度的衰减越慢。 最后分析了收发分置海洋混响平均强度的衰减规律。收发分置时的混响平均强度随时间的变化先是增加,到一个极大值时再随时间的变化而有规律地减小,海底散射方向性指数n越大,其混响强度越小,且混响强度随时间衰减的越快。并与实验数据进行了比较,结果验证了分置混响模型能够较准确的预报海底混响强度。


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