张海刚, 谢金怀, 刘佳琪, 龚李佳, 李智

上海交通大学学报 2024, 58 (7): 995-1005. DOI:10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.073

摘要（1475）

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质点振速场强度的深度分布特性对水声探测与估计具有重要影响.基于简正波非相干模态和变换到角度积分的近似条件,推导出质点振速的非相干简正波的角度积分形式,避免了本征值和本征函数的复杂计算,并揭示了质点振速强度在声源深度及对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值结果表明:非相干质点振速的角度积分解析式可实现快速计算,并可较好地表征出质点振速强度的深度分布特性;同时,由于简正波模态幅度函数的叠加效应,垂直质点振速与水平质点振速的深度分布存在显著差异性;随后,以质点振速强度差为研究对象,分析了水平距离、声源频率、声速剖面及海水深度等参数对质点振速场强度的深度分布特性的影响.相关结论可为基于矢量场的被动目标深度估计提供理论依据.

可以看到,利用声矢量各分量的角度积分解析式计算的深度分布结果与KrakenC声场计算软件计算结果基本吻合,且利用声场计算软件计算本征值和本征函数,进一步计算质点振速强度的深度分布特性需耗时 3 314.854 ms,而利用上文推导解析式进行相关计算仅需 11.756 ms,计算效率显著提高.由此,验证了非相干质点振速角度积分解析式用于表征深度分布特性的有效性及高效性.同时,图1中所示声压与水平质点振速强度的深度分布规律基

针对流体层为均匀介质,下层为半无限软弹性海底的波导环境,分析水平距离对质点振速场强度的深度分布特性产生的影响.其中环境参数如表1所示.表中:横、纵波衰减分别为α_sλ和α_pλ,λ为波长;ρ为介质密度.