[发明专利]基于射线简正波理论的深海完整声道下焦散线会聚区位置计算方法

权利要求书

1.基于射线简正波理论的深海完整声道下焦散线会聚区位置计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：利用射线简正波理论获得特定声速剖面下声线经过的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，Munk剖面的声速表达式为：

c(z)＝c₀{1+ε[e^-η-(1-η)]} (1)

其中，c(z)表示深度在z处的声速，z指的是深度，η＝2(z-z₀)/B，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；

分层介质条件下，位于x＝0，z＝z_s处，出射初始角为α₀的声线经过的水平距离由如下的积分形式给出：

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

步骤二：求出深海完整声道下焦散线会聚区位置公式：在水中声线分为4种类型，即(1)水中折射型(RR)，相应的声速条件为c_r＜c_u，c_r＜c_b，c_r为反转点处声速，c_u为海面处声速，c_b为海底处声速；(2)海面反射型(RSR)，相应的声速条件为c_u＜c_r≤c_b；(3)海面-海底反射型(RSBR)，相应的声速条件为c_r≥c_u，c_r≥c_b；(4)海底反射型(RBR)，相应的声速条件为c_b＜c_r≤c_u；其中第4种类型为不完整声道，要求海面声速大于海底声速，在此种条件下，声线无法在深海发生反转，因此也无法在深海形成下会聚区，因此，只考虑其他三类声线；

定义无量纲算子F：

其中，c_s为声源处声速；

将声速剖面表达式(1)代入式(2)进行计算，得到声线轨迹的水平距离与算子F的关系，在第一个会聚区内声线的水平距离表示为如下的公式：

其中，x(z)为第一个会聚区中深度为z的声线的水平距离，z_ru为上反转点的深度，z_rb为下反转点的深度；

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；

由此可以得出，对于在第j个会聚区中的声线，在深度为z处的水平距离表示为：

R_j(z)＝2(j-1)(L_u+L_b)+x(z) (5)；

步骤三：由不同出射初始角发出的声线，在同一深度的水平距离是先减小后增大的，始终存在某一个出射初始角使得水平距离达到极小值，这意味着在上层海洋环境反转或反射之后，总会有不同出射初始角发出的声线发生聚焦，从而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，选取声线水平距离的极小值即为焦散线的位置；

步骤四：利用声场计算软件进行离线仿真，将距离-深度空间划分网格；通过声场计算软件得到传播损失伪彩图，利用得到的下焦散线会聚区位置公式，在伪彩图上画出下焦散线会聚区的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：海洋环境为完整声道，即海底声速大于海面声速。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：下焦散线会聚区的初始位置为声源共轭深度以下，且一直延伸至海底。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：仿真时的网格点距离间隔为10米，深度间隔为5米。