[發明專利]基于射線簡正波理論的深海完整聲道下焦散線會聚區位置計算方法

有效

• 申請號: 201911337514.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110969147B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 樸勝春;栗子洋;張明輝;雷亞輝;宋揚;王笑寒;郭俊媛;龔李佳;張海剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01V1/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出基于射線簡正波理論的深海完整聲道下焦散線會聚區位置計算方法，本發明在深海完整聲道情況下，利用射線簡正波理論分析了典型的深海Munk聲速剖面情況，計算得到會聚區內聲線的水平距離與深度的關系，然后通過聲線水平距離隨聲線出射初始角的關系，得出在某一深度聲線水平距離的極小值即為焦散線的位置，最后通過聲場計算軟件進行仿真，然后將理論公式計算的結果與偽彩圖進行對比，從結果證明了本發明所提出的位置計算方法有很好的效果。

技術領域

本發明屬于水聲物理技術領域，特別是涉及基于射線簡正波理論的深海完整聲道下焦散線會聚區位置計算方法。

背景技術

深海會聚區對于深海遠程聲傳播有著重要的意義，許多學者都對其進行過研究。當聲源位于海面附近時，在海面附近會形成聲強很高的焦散線和會聚區。所謂焦散線指的是臨近聲線交聚點所形成的的包絡線，會聚區指的是海面附近形成的高聲強焦散區域。

1961年Hale從實驗中觀測到了很強的會聚效應，并利用聲線圖做了研究。1965年，Urick研究了當聲源位于不同深度時會聚區結構的變化，發現當聲源變深時，觀測到的單一會聚區分裂為兩個半區，隨著深度增加，左半區向左移動，右半區向右移動，并通過實驗進行了驗證。張仁和利用簡正波方法研究了水下聲道的反轉點會聚區聲場以及負梯度深海情況下的反轉點會聚區聲場。

目前國內外學者所做的研究，多是針對位于海面的會聚區。然而，對于海面附近的會聚區，在傳播距離增大之后，會聚區的寬度展寬，聲強的增益也有所衰減，在遠距離的會聚效應有所衰減。

發明內容

本發明目的是針對海面附近會聚區在遠距離時寬度展寬問題，提出了基于射線簡正波理論的深海完整聲道下焦散線會聚區位置計算方法。所述方法針對深海大深度焦散線會聚區在遠距離傳播時寬度展寬不大，利用射線簡正波理論求得了焦散線會聚區的位置理論解析解。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出基于射線簡正波理論的深海完整聲道下焦散線會聚區位置計算方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：利用射線簡正波理論獲得特定聲速剖面下聲線經過的水平距離隨深度的關系：

針對深海典型聲速剖面Munk剖面進行分析，Munk剖面的聲速表達式為：

c(z)＝c₀{1+ε[e^-η-(1-η)]} (1)

其中，c(z)表示深度在z處的聲速，z指的是深度，η＝2(z-z₀)/B，z₀為聲道軸的深度，B為波導寬度，c₀為聲速極小值，ε為偏離極小值的量級；

分層介質條件下，位于x＝0，z＝z_s處，出射初始角為α₀的聲線經過的水平距離由如下的積分形式給出：

其中，x為聲線經過的水平距離，z_s為聲源深度，n(z)＝c₀/c(z)為折射率；