一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法技术

本发明专利技术是一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法。本发明专利技术涉及深海完整声道水声道会聚区分类技术领域，本发明专利技术基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系；根据确定的声线水平距离与深度的关系，确定深海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，根据海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，确定焦散线的位置；根据焦散线的位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，完成对深海完整声道中会聚区类型进行分类。本发明专利技术针对深海完整声道中的会聚区根据形成会聚区的焦散线类型不同，将深海完整声道中的会聚区分为了三类。

【技术实现步骤摘要】
一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法
本专利技术涉及深海完整声道水声道会聚区分类
，是一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法。
技术介绍
深海会聚区对于深海远程声传播有着重要的意义，会聚区内声传播损失小，有利于水声探测和通信，许多学者都对其进行过研究。当声源位于海面附近时，在海面附近会形成声强很高的焦散线和会聚区。所谓焦散线指的是临近声线交聚点所形成的包络线，会聚区指的是海面附近形成的高声强焦散区域。1965年，Urick研究了完整声道中当声源位于不同深度时会聚区结构的变化，发现当声源变深时，观测到的单一会聚区分裂为两个半区，随着深度增加，左半区向左移动，右半区向右移动，并通过实验进行了验证。同时，Urick还发现当声源位于声道轴以下时，仍可以在海面附近形成会聚区，且随着声源深度增加，会聚区也会逐渐分裂为两个半区。对于完整声道，目前各国学者所做的研究多集中于声道轴以上的上反转点会聚区，而对声道轴以下的会聚区所做的研究较少，随着水声研究逐渐由近海走向远海，由浅海走向深海，对声道轴以下会聚区的研究变得更加重要，在声道轴以下也存在能够在远距离处存在较高增益的会聚区，因此，对深海完整声道会聚区的分类显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术针对目前发现的声道轴以下的会聚效应，将深海声道中的会聚区类型根据射线简正波理论进行分类，从而能够更好的对各种类型的会聚区进一步地研究本专利技术提供了以下技术方案：一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，包括以下步骤：步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系；步骤2：根据确定的声线水平距离与深度的关系，确定深海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，海水中声线包括水中折射型、海面反射型、海面-海底反射型以及海底反射型；步骤3：根据海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，确定焦散线的位置；步骤4：根据焦散线的位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，完成对深海完整声道中会聚区类型进行分类。优选地，所述步骤1具体为：步骤1.1：利用射线简正波获得特定声速剖面下声线水平距离随深度的关系，针对深海典型声速剖面Munk剖面进行分析，通过下式表示Munk剖面的声速模型c(z)：c(z)＝c0{1+ε[e-η-(1-η)]}η＝2(z-z0)/B其中，η为Munk声速剖面常数，z为深度，z0为声道轴的深度，B为波导宽度，c0为声速极小值，ε为偏离极小值的量级；步骤1.2：在分层介质条件下，位于x＝0，z＝zs处，确定初始角为α0的声线经过的水平距离，通过下式表示所述水平距离：其中，x为声线经过的水平距离，zs为声源深度，n(z)＝c0/c(z)为折射率。优选地，对于Munk剖面的声速模型，参数为：B＝1000m，z0＝1000m，c0＝1500m/s，ε＝0.57×10-2。优选地，步骤2具体为：步骤2.1：确定无量纲算子F，通过下式表示无量纲算子：其中，cs为声源处声速；步骤2.2：将Munk剖面的声速模型代入式初始角为α0的声线经过的水平距离中进行计算，得到声线轨迹的水平距离与算子F的关系，确定第一个会聚区内声线的水平距离，通过下式表示第一个会聚区内声线的水平距离：其中，Lu表示声线由上层海洋环境的反转深度到声道轴处所经历的水平距离，Lb表示声线由声道轴处到下层海洋环境的反转深度所经历的水平距离，ΔL表示由于声源深度zs和上层海洋环境的反转深度zru的位置差异所产生的声线水平距离的补偿值，对于负角度出射的声线，即声线从声源向上发出，ΔL取正值；对于正角度出射的声线，即声线从声源向下发出，ΔL取负值；Ⅰ指的是上反转点到声道轴之间的区域，Ⅱ指的是声道轴到下反转点的区域，Ⅲ指的是下反转点到声道轴的区域，Ⅳ指的是声道轴到上反转点的区域；当声线在海面处发生反射的时候zru＝z0，当声线在海底处发生反射的时候zrb＝zb；步骤2.3：:根据第一个会聚区内声线的水平距离，确定对于在第j个会聚区中的声线，在深度为z处的水平距离，通过下式表示在第j个会聚区中的声线，在深度为z处的水平距离Rj(z)：Rj(z)＝2(j-1)(Lu+Lb)+x(z)。优选地，所述步骤3具体为：不同初始角发出的声线，在同一深度的水平距离是先减小后增大的，始终存在某一个初始角使得水平距离达到极小值，在上层海洋环境反转点和下层海洋环境反转点之间形成焦散线，对于某一深度，确定声线水平距离的极小值即为焦散线的位置，通过下式表示焦散线位置：优选地，所述步骤4具体为：利用声场计算软件进行离线仿真，将距离与深度空间划分网格；通过声场计算得到传播损失伪彩图，利用得到的焦散线位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，从而对深海完整声道中会聚区类型进行分类；从深度上进行分类，海面到声源深度之间的会聚区为上反转点会聚区，声源共轭深度到海面共轭深度之间的会聚区为下反转点会聚区，海面共轭深度到海底之间的会聚区为海面反射会聚区。优选地，仿真时的网格点距离间隔为10米，深度间隔为5米。优选地，深海完整声道中存在三类会聚区，分别为声道轴以上的上反转点会聚区和声道轴以下的下反转点会聚区和海面反射会聚区。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对目前对深海完整声道会聚区的研究集中在上反转点会聚区，缺乏对其他会聚区的分类，将深海完整声道中的会聚区类型根据射线简正波理论在深度方向上进行了分类，根据形成会聚区的焦散线类型不同，将深海完整声道中的会聚区分为了三类。结果表明：在深海完整声道中存在三类会聚区，除了声道轴以上位于海面到声源深度的上反转点会聚区外，在声道轴以下还存在两种会聚区，即位于声源共轭深度到海面共轭深度的下反转点会聚区和位于海面共轭深度到海底的海面反射会聚区。附图说明图1为深海Munk声速剖面示意图；图2为三类声线示意图；图3为深海完整声道会聚区类型示意图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。具体实施例一：根据图1至图3所示，本专利技术提供一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，海洋环境为完整声道，即海底声速大于海面声速；一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，包括以下步骤：一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，包括以下步骤：步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系；所述步骤1具体为：步骤1.1：利用射线简正波获得特定声速剖面下声线水平距离随深度的关系，针对深海典型声速剖面Munk剖面进行分析，通过下式表示Munk剖面的声速模型c(z)：c(z)＝c0{1+ε[e-η-(1-η)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，其特征是：包括以下步骤：/n步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系；/n步骤2：根据确定的声线水平距离与深度的关系，确定深海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，海水中声线包括水中折射型、海面反射型、海面-海底反射型以及海底反射型；/n步骤3：根据海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，确定焦散线的位置；/n步骤4：根据焦散线的位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，完成对深海完整声道中会聚区类型进行分类。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系；
步骤2：根据确定的声线水平距离与深度的关系，确定深海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，海水中声线包括水中折射型、海面反射型、海面-海底反射型以及海底反射型；
步骤3：根据海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，确定焦散线的位置；
步骤4：根据焦散线的位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，完成对深海完整声道中会聚区类型进行分类。


2.根据权利要求1所述的一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，其特征是：所述步骤1具体为：
步骤1.1：利用射线简正波获得特定声速剖面下声线水平距离随深度的关系，针对深海典型声速剖面Munk剖面进行分析，通过下式表示Munk剖面的声速模型c(z)：
c(z)＝c0{1+ε[e-η-(1-η)]}
η＝2(z-z0)/B
其中，η为Munk声速剖面常数，z为深度，z0为声道轴的深度，B为波导宽度，c0为声速极小值，ε为偏离极小值的量级；
步骤1.2：在分层介质条件下，位于x＝0，z＝zs处，确定初始角为α0的声线经过的水平距离，通过下式表示所述水平距离：



其中，x为声线经过的水平距离，zs为声源深度，n(z)＝c0/c(z)为折射率。


3.根据权利要求2所述的一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，其特征是：对于Munk剖面的声速模型，参数为：B＝1000m，z0＝1000m，c0＝1500m/s，ε＝0.57×10-2。


4.根据权利要求2所述的一种基于射线简正波的深海完整声道会聚区分类方法，其特征是：步骤2具体为：
步骤2.1：确定无量纲算子F，通过下式表示无量纲算子：



其中，cs为声源处声速；
步骤2.2：将Munk剖面的声速模型代入式初始角为α0的声线经过的水平距离中进行计算，得到声线轨迹的水平距离与算子F的关系，确定第一个会聚区内声线的水平距离，通过下式表示第一个会聚区内声线的水平距离：












其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明辉，栗子洋，朴胜春，龚李佳，王笑寒，郭俊媛，张海刚，雷亚辉，宋扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23