一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法、设备和介质技术

本发明专利技术提出一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法、设备和介质。本发明专利技术在MRT基础上，利用数值方法，在声线反转点引入额外的函数相移，利用函数相移得到声线在反转点额外的水平位移，从而使深海波导中的声线与简正波能在低频条件下通过WKB方法建立准确的等效关系。在此把MRT中反转点靠近波导界面时引起的反射相移与反转点处引入的函数相移统称为声衍射相移。研究发现只有同时考虑这两种声衍射相移后才能准确修正深海波导中声线的跨距、传播时延与群速度，在此基础上本发明专利技术提出了一种适合在低频条件下计算深海会聚区位置的方法，最后通过研究完整深海声道中不同类型会聚区在低频时的位置，揭示了低频时会聚区的形成机理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法、设备和介质


[0001]本专利技术属于深海会聚区的位置计算
，特别是涉及一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法、设备和介质。

技术介绍

[0002]声波经过声线反转点产生的相移是高频条件下的理想近似，低频时在声线反转点还应该考虑一个函数相移，而声线反转点靠近波导界面时又会产生反射相移，这两种相移伴随着声衍射现象产生，频率越低相移越明显，本专利技术称之为声衍射相移。为了能在低频时准确计算深海会聚区的位置，用声衍射相移修正了经典射线理论在计算声线跨距、传播时延与群速度时的误差，并用简正波理论验证了修正结果的有效性，在此基础上提出了一种适用于低频条件下计算深海会聚区位置的方法，该方法考虑了声衍射相移的影响，物理意义清晰，计算简便准确。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法、设备和介质。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法，在MRT基础上，利用数值方法，在声线反转点引入额外的函数相移，利用函数相移得到声线在反转点额外的水平位移，从而使深海波导中的声线与简正波能在低频条件下通过WKB方法建立准确的等效关系；
[0005]记c0为声源处声速，θ0为声线出射掠射角：
[0006][0007]上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距分别为：
[0008][0009][0010][0011]其中，a，b分别为上，下反转点深度；
[0012]在完整深海声道中，按照声线类型的不同把会聚区分为RR型会聚区与RSR型会聚区；根据会聚区相对于声道轴的位置，分为上会聚区与下会聚区；根据会聚区的形成机理分
为焦散线会聚区与反转点会聚区；根据上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距总结出了四类RR型折射声线：
[0013]r1＝jL+L0‑
L
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11a)
[0014]r2＝jL
‑
L0+L
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11b)
[0015]r3＝jL
‑
L0‑
L
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11c)
[0016]r4＝jL+L0+L
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11d)
[0017]式中j表示声线走过的跨距个数；
[0018]若上述四类声线在距离r*处满足：
[0019][0020]则声线发生交会，声能在此处聚焦，形成一个焦散点，二维平面中相邻焦散点连成焦散线；
[0021]根据四类声线的特征，用上下反转点外非均匀平面波对传播距离的贡献、海面海底反射相移对传播距离的贡献与用衍射相移计算得到的一个跨距内的传播距离误差对式(11a)、(11b)、(11c)和(11d)修正后得：
[0022]r
1m
＝j(L
‑
Δr)+L0‑
L
z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13a)
[0023][0024][0025][0026]从式(13a)、(13b)、(13c)和(13d)可以看出，声衍射相移的引入将重新改变经典射线理论中声线反转点与焦散线的位置，从而影响反转点会聚区与焦散线会聚区的位置，当频率逐渐升高使声衍射相移可以忽略时，式(13a)、(13b)、(13c)和(13d)退化为式(11a)、(11b)、(11c)和(11d)。
[0027]进一步地，声速分布由Munk模型给出，其一般形式如下：
[0028]c(z)＝C1[1+ε(η+e
‑
η
‑
1)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]式中C1为声道轴声速，ε＝Bγ
A
/2＝7.41
×
10
‑3，B＝1300m为标度深度，γ
A
＝1.14
×
10
‑5m
‑1为绝热环境下的声速梯度，η＝2(z
‑
z1)/B为无量纲的距离参数，z1为声道轴深度。
[0030]进一步地，把MRT中反转点靠近波导界面时引起的反射相移与反转点处引入的函数相移统称为声衍射相移。
[0031]进一步地，结合模态本征函数，在声线上下反转点引入额外的函数相移分别为：
[0032][0033][0034]式(2a)，(2b)中a，b分别为上，下反转点深度，c'(a)与c'(b)分别为声速在上，下反转点处的导数，k
r
为水平波数，H是海水深度，δ为Dirac函数：
[0035][0036][0037]进一步地，根据MRT理论，声线反转点靠近绝对软边界时引起的反射相移可以写为：
[0038][0039]靠近海底阻抗边界时引起的反射相移可以写为：
[0040][0041]式(3a)，(3b)中Ai与Bi分别表示Airy函数与Biry函数，τ为Airy函数与Biry函数宗量，当反转点在波导内部时：
[0042][0043][0044]当反转点超出波导边界时需要将声速剖面进行延伸，此时：
[0045][0046][0047]τ为零表示反转点恰好位于波导边界，τ的绝对值越大表示反转点离波导边界越远；κ的取值与反转点与波导界面的相对位置有关：
[0048][0049][0050]进一步地，定义上下反转点外非均匀平面波对传播距离的贡献分别为：
[0051][0052][0053]进一步地，海面海底反射相移对传播距离的贡献分别为：
[0054][0055][0056]进一步地，用衍射相移计算得到的一个跨距内的传播距离误差：
[0057]Δr＝r
pr
+r
bot
‑
r
a
‑
r
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)。
[0058]本专利技术提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法的步骤。
[0059]本专利技术提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法的步骤。
[0060]本专利技术的有益效果为：
[0061]1)通过与简正波的计算结果对比，利用声衍射相移可以准确修正经典射线理论在计算声线跨距、传播时延与群速度时的误差。
[0062]2)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法，其特征在于，在MRT基础上，利用数值方法，在声线反转点引入额外的函数相移，利用函数相移得到声线在反转点额外的水平位移，从而使深海波导中的声线与简正波能在低频条件下通过WKB方法建立准确的等效关系；记c0为声源处声速，θ0为声线出射掠射角：上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距分别为：上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距分别为：上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距分别为：其中，a，b分别为上，下反转点深度；在完整深海声道中，按照声线类型的不同把会聚区分为RR型会聚区与RSR型会聚区；根据会聚区相对于声道轴的位置，分为上会聚区与下会聚区；根据会聚区的形成机理分为焦散线会聚区与反转点会聚区；根据上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距总结出了四类RR型折射声线：r1＝jL+L0‑
L
z
ꢀꢀꢀꢀ
(11a)r2＝jL
‑
L0+L
z
ꢀꢀꢀꢀ
(11b)r3＝jL
‑
L0‑
L
z
ꢀꢀꢀꢀ
(11c)r4＝jL+L0+L
z
ꢀꢀꢀꢀ
(11d)式中j表示声线走过的跨距个数；若上述四类声线在距离r*处满足：则声线发生交会，声能在此处聚焦，形成一个焦散点，二维平面中相邻焦散点连成焦散线；根据四类声线的特征，用上下反转点外非均匀平面波对传播距离的贡献、海面海底反射相移对传播距离的贡献与用衍射相移计算得到的一个跨距内的传播距离误差对式(11a)、(11b)、(11c)和(11d)修正后得：r
1m
＝j(L
‑
Δr)+L0‑
L
z
ꢀꢀꢀꢀ
(13a)(13a)(13a)
从式(13a)、(13b)、(13c)和(13d)可以看出，声衍射相移的引入将重新改变经典射线理论中声线反转点与焦散线的位置，从而影响反转点会聚区与焦散线会聚区的位置，当频率逐渐升高使声衍射相移可以忽略时，式(13a)、(13b)、(13c)和(13d)退化为式(11a)、(11b)、(11c)和(11d)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，声速分布由Munk模型给出，其一般形式如下：c(z)＝C1[1+ε(η+e
‑
η
‑
1)]
ꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海刚，马志康，张明辉，龚李佳，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：