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浅海质点振速场强度的深度分布特性
上海交通大学学报
2024, 58 (7):
995-1005.
DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.073
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.  View image in article
图6
声速剖面环境及强度差的深度-频率域分布
正文中引用本图/表的段落
声速剖面环境及强度差的深度-频率域分布如图6所示.声速剖面对声场的分布具有重要影响,本节通过讨论如图6(a)所示的正梯度、负梯度及负跃变3种典型声速剖面对质点振速分布的影响,探究不同声速剖面环境质点振速场强度的深度分布特性.在水平距离2 km处,计算深度为60 m声源在3种声速剖面波导环境的非相干质点振速强度差深度-频率分布情况,结果如图6(b)~6(d)所示.正梯度、负梯度和负跃变声速剖面环境的非相干质点振速强度差仅在声源深度具有显著增强效果,而在对称深度处的非相干质点振速强度差有弱化现象.同时,声速剖面通过影响声能量向声速小的深度范围传输,进而影响了质点振速深度方向的分布特性,故该条件下声源所在深度区域的质点振速强度差值更大,正梯度声速剖面环境下的该区域的差值尤为显著.根据声传播理论分析:在非均匀介质环境中,声波激发的简正波模态幅度函数在深度方向并不对称,且各阶简正波叠加后的峰值均在声源深度位置,因此非相干质点振速强度差仅在声源深度具有显著增强.同时,声源位于声速较小深度时,其声线弯曲程度比声源位于声速较大深度发出的声线弯曲程度大,部分声线未到达界面就发生了反转,导致声能集中在声速小的深度区域,但声源深度位移幅值大的简正波量级也很大.因此声速剖面环境会改变质点振速强度差的空间分布,而声源深度处的质点振速强度差依旧具有强度最强的特性.
本文的其它图/表
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