[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

说明书

本发明提出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，本发明在深海完整声道情况下，利用射线简正波理论分析了典型的深海Munk声速剖面情况，计算得到会聚区内声线的水平距离与深度的关系，然后通过声线水平距离随声线出射初始角的关系，得出在某一深度声线水平距离的极小值即为焦散线的位置，最后通过声场计算软件进行仿真，然后将理论公式计算的结果与伪彩图进行对比，从结果证明了本发明所提出的位置计算方法有很好的效果。

技术领域

本发明属于水声物理技术领域，特别是涉及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。

背景技术

深海会聚区对于深海远程声传播有着重要的意义，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的包络线，会聚区指的是海面附近形成的高声强焦散区域。

1961年Hale从实验中观测到了很强的会聚效应，并利用声线图做了研究。1965年，Urick研究了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。张仁和利用简正波方法研究了水下声道的反转点会聚区声场以及负梯度深海情况下的反转点会聚区声场。

目前国内外学者所做的研究，多是针对位于海面的会聚区。然而，对于海面附近的会聚区，在传播距离增大之后，会聚区的宽度展宽，声强的增益也有所衰减，在远距离的会聚效应有所衰减。

发明内容

本发明目的是针对海面附近会聚区在远距离时宽度展宽问题，提出了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。所述方法针对深海大深度焦散线会聚区在远距离传播时宽度展宽不大，利用射线简正波理论求得了焦散线会聚区的位置理论解析解。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出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，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；