[發明專利]基于拋物方程理論的深海完整聲道下焦散線會聚區增益計算方法

有效

• 申請號: 201911338938.3
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111007156B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 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: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G01N29/48;G01N29/02
• 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

本發明提出基于拋物方程理論的深海完整聲道下焦散線會聚區增益計算方法，本發明在深海完整聲道情況下，利用拋物方程理論分析了典型的深海Munk聲速剖面情況，得到了聲壓的表達式，根據聲壓的表達式計算出聲強，并在中心頻率三分之一倍頻程的帶寬內計算了能量平均的聲強值，依此計算了能量平均的傳播損失值，然后計算了下會聚區焦散線處的球面波擴展損失值，將能量平均的傳播損失值與球面波擴展損失值進行了比較，從而求出了下焦散線會聚區處的增益值，從結果證明了本發明所提出的增益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，特別是涉及基于拋物方程理論的深海完整聲道下焦散線會聚區增益計算方法。

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。聲強異常為球面傳播損失高于會聚區傳播損失的分貝值。

1961年Hale從實驗中觀測到了很強的會聚效應，在會聚區中的信號比其他途徑傳播的信號高出20-25dB，并利用聲線圖做了研究。1965年Urick研究了聲源位于較深深度時會聚區的變化，發現當聲源深度增加時，會聚區逐漸分為兩側，左半區向左移動，右半區向右移動，兩個半區的增益約為5-10dB。張仁和對深海反轉點會聚區以及深海負梯度反轉點會聚區做了相關的研究，發現會聚增益約為20dB。

目前國內外學者所做的研究，多是針對位于海面的會聚區且對于增益的研究，多是集中于前三個會聚區。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會聚增益也衰減較大。

發明內容

本發明目的是針對海面附近會聚區在遠距離處增益明顯降低的問題，提出了基于拋物方程理論的深海完整聲道下焦散線會聚區增益計算方法。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，利用拋物方程理論求得了焦散線會聚區的增益。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出基于拋物方程理論的深海完整聲道下焦散線會聚區增益計算方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：假設海水為分層介質，聲速為典型的Munk深海聲速剖面，表達式如下：

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；

對于簡諧點源激發的聲場，Helmoltz方程解表示為如下形式：

其中，P(r,z)指的是水平距離r處，深度為z處的聲壓值；ψ(r,z)為水平距離r處，深度為z處的聲場勢函數；指的是0階1類漢克爾函數，k₀為波數參考值，其中，ω＝2πf，f為頻率；

由近軸近似，得出ψ所滿足的方程表示為如下形式：

其中，i為虛數單位，n＝c₀/c(z)為折射率；

由聲強與聲壓的關系，在根據式(2)計算出聲壓后，計算得出聲強值：

I(r,z)＝|p(r,z)|² (4)

其中，I(r,z)為水平距離r處，深度為z處的聲強；