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（126）

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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.

图3给出了上述波导环境下,频率为200 Hz,声源深度为60 m,水平距离为2、5、10和20 km的质点振速强度差的深度分布曲线.可以看到,质点振速强度差在声源深度和对称深度具有明显增强现象,且随着水平距离的增大,质点振速强度差明显增强的深度范围逐渐变宽.根据传播距离的远近,简正波的模态可分为传播模态与泄露模态,其中声源激发的低阶模态为主要传播模态,泄露模态主要为高阶模态.因此,在较远水平距离处,质点振速场强度差主要由低阶模态作用决定,使其深度分布幅值变化频率低, 质点振速强度差明显增强的深度范围逐渐变宽.