空氣中聲源產(chǎn)生的水下聲場(chǎng)建模與分析.pdf

1、設(shè)計(jì)良好的水下對(duì)空聲探測(cè)系統(tǒng)，需要深入理解空氣聲波透射入水規(guī)律。本論文對(duì)空氣中聲源水下聲場(chǎng)的建模方法和水下聲場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行深入研究。研究了空氣中聲源的深海聲場(chǎng)、淺海聲場(chǎng)建模方法，空氣存在風(fēng)和聲速剖面時(shí)的聲場(chǎng)建模方法，空氣中高速運(yùn)動(dòng)聲源的水下聲場(chǎng)建模方法等，并用所建立的聲場(chǎng)模型對(duì)空氣聲源的水下聲場(chǎng)特征進(jìn)行深入研究。主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果有： (1)對(duì)空氣聲源激發(fā)的深海聲場(chǎng)，用射線方法計(jì)算了折射場(chǎng)，并引入波動(dòng)方法進(jìn)行修正和補(bǔ)充,討

2、論了水下側(cè)面波分布特征。建立了直接波數(shù)積分模型，它是聲場(chǎng)積分變換技術(shù)的直接數(shù)值實(shí)現(xiàn)，其計(jì)算結(jié)果包含聲場(chǎng)的所有成分，可作為標(biāo)準(zhǔn)解。 (2)對(duì)空氣聲源激發(fā)的淺海聲場(chǎng)，建立了改進(jìn)的傳播矩陣快速場(chǎng)模型，通過(guò)修改下邊界聲導(dǎo)納計(jì)算公式，將它推廣到彈性海底情況。建立了分層運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的二維快速場(chǎng)模型和近似計(jì)算的一維快速場(chǎng)模型，用于研究空氣中風(fēng)和聲速剖面對(duì)聲波透射入水的影響。用建立的模型，研究了空氣聲源淺海聲場(chǎng)的分布特性，討論了淺海聲場(chǎng)的平均傳播損

3、失、聲源高度的影響、空氣風(fēng)和聲速剖面的影響，以及空氣和海水中聲傳播條件對(duì)水下側(cè)面波的影響等。 (3)對(duì)空氣中高速運(yùn)動(dòng)聲源，建立了二維波數(shù)積分模型，以及遠(yuǎn)場(chǎng)條件的一維波數(shù)積分模型。當(dāng)空氣聲源運(yùn)動(dòng)軌跡通過(guò)接收器正上方時(shí)，得到了快速場(chǎng)模型。用所建立的模型，對(duì)空氣高速運(yùn)動(dòng)聲源的深海聲場(chǎng)和淺海聲場(chǎng)特性進(jìn)行了研究。在深海中，水下接收信號(hào)的幅度和瞬時(shí)頻率隨時(shí)間變化，變化速度與空氣聲源高度、水下接收器深度、聲源和接收器最小水平距離等因素有關(guān)。在

4、淺海中，由于聲源的高速運(yùn)動(dòng)，水下接收信號(hào)的幅度將出現(xiàn)快速起伏，信號(hào)頻率出現(xiàn)頻移和頻率展寬，這將對(duì)水下窄帶檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。另外，在時(shí)頻平面上各傳播路徑可能分開。對(duì)于運(yùn)動(dòng)聲源，水下側(cè)面波的最大多普勒頻移，大于水下折射聲波，與空氣聲波一致。 (4)對(duì)空氣聲波透射入水現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在西北工業(yè)大學(xué)消聲水池進(jìn)行了聲波透射入水實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)。在陜西楊陵水上運(yùn)動(dòng)中心進(jìn)行了空氣聲源淺海聲場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，在水下230m遠(yuǎn)，清楚的