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浅海中声源激发的波场成分及特性分析

孟路稳 赵德鑫 张明敏

孟路稳, 赵德鑫, 张明敏. 浅海中声源激发的波场成分及特性分析[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT200704
引用本文: 孟路稳, 赵德鑫, 张明敏. 浅海中声源激发的波场成分及特性分析[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT200704
Luwen MENG, Dexin ZHAO, Mingmin ZHANG. Analysis of Wave Field Composition and Characteristics in Shallow Sea[J]. Journal of Electronics and Information Technology. doi: 10.11999/JEIT200704
Citation: Luwen MENG, Dexin ZHAO, Mingmin ZHANG. Analysis of Wave Field Composition and Characteristics in Shallow Sea[J]. Journal of Electronics and Information Technology. doi: 10.11999/JEIT200704

浅海中声源激发的波场成分及特性分析

doi: 10.11999/JEIT200704
基金项目: 国家自然科学基金(51809274)
详细信息
    作者简介:

    孟路稳:男,1990年生,助理研究员,研究方向为水声物理、水声信号处理

    赵德鑫:男,1984年生,副研究员,研究方向为AUV行为控制、水声信号处理

    张明敏:男,1957年生,教授,研究方向为水声物理、水声信号处理

    通讯作者:

    赵德鑫 zhaodx2008@163.com

  • 中图分类号: O427.1

Analysis of Wave Field Composition and Characteristics in Shallow Sea

Funds: The National Natural Science Foundation of China(51809274)
  • 摘要: 为更好地认识和利用浅海波导中的声场,该文对浅海中声源激发的波场成分及特性进行了研究。提出了能给出浅海中声场全波解的理论研究方法,给出了声场的复积分表达式,并在复平面上利用围道积分对声场复积分式进行求解,得出了浅海中声源激发出的声场组成部分;同时应用高阶交错网格有限差分法对浅海中声场进行数值模拟,呈现出了不同海水深度、声源频率和声源深度下浅海波导中的波场结构和空间能量分布。研究表明:浅海中声场由离散谱部分和连续谱部分组成;其中离散谱部分包括各阶简正波和Scholte波,连续谱部分包括侧面波;简正波和Scholte波的振幅与水平传播距离的开方成反比,而侧面波的振幅与水平传播距离的平方成反比;海水越浅、声源频率越小、声源深度越大,都会导致海水中的能量越少,越有利于Scholte波的激发,此时声源辐射的能量主要以Scholte波的形式传播出去,能量更多地集中在海底界面处。
  • 图  1  浅海波导模型

    图  2  积分路径变换

    图  3  海水深度为30 m时的能量分布图

    图  4  海水深度为80 m时的能量分布图

    图  5  海水深度为80 m时的波场快照

    图  6  声源频率为20 Hz时的能量分布图

    图  7  声源频率为60 Hz时的能量分布图

    图  8  声源深度为10 m时的能量分布图

    图  9  声源深度为46 m时的能量分布图

    表  1  浅海波导模型中的介质类型及其声学参数

    介质类型纵波速度cp(m/s)横波速度cs(m/s)密度ρ(kg/m3)
    海水150001000
    砂岩海底350018002300
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    出版历程
    • 收稿日期:  2020-08-10
    • 修回日期:  2021-02-05
    • 网络出版日期:  2021-02-22

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