基于射线理论的浅海声场数值预报研究

论文摘要

在水声研究中,海洋中声场的数据除了可以通过实验来获得,另外一个重要的方法就是计算机仿真,即声场的数值预报。声场预报是水声学中最基本的研究课题之一。它在现有的水声传播理论的基础上,建立一个与实际海洋环境尽可能接近的环境模型,再通过一定的数学手段来计算声场。本文的主要内容是利用射线理论研究浅海尤其是分层非均匀浅海中声场的数值预报,并通过预报结果分析浅海声传播的部分规律。均匀浅海中声场的预报采用虚源表示式来完成。非均匀浅海中的声场预报以求取本征声线为出发点,其声场空间某点的声强是若干条本征声线叠加的结果。本文重点研究了一种快速求取非均匀浅海中本征声线的方法,建立了一套预报均匀浅海和分层非均匀浅海声场的方法,利用该方法分别研究了均匀浅海和单层、双层、三层线性分层浅海声场的数值预报。预报结果符合浅海声传播的一般规律,也通过了水池实验的验证。研究成果对浅海声传播和浅海声场预报研究有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 典型的声场数值预报方法
• 1.3 国内外研究发展与现状
• 1.4 声场数值预报研究的意义
• 1.5 论文研究内容
• 第2章 射线声学基础
• 2.1 射线声学的基本方程
• 2.2 分层介质中的射线声学
• 2.2.1 海洋中声速的垂直分层性质和声速梯度
• 2.2.2 Snell定律和声线弯曲
• 2.2.3 声线轨迹方程
• 2.2.4 声线经过的水平距离
• 2.2.5 分层介质中声强的基本公式
• 2.3 射线声学的应用条件
• 2.4 本章小结
• 第3章 本征声线的计算
• 3.1 本征声线的概念
• 3.2 本征声线计算方法概述
• 3.3 用“分段—迭代法”计算本征声线
• 3.3.1 声线分段
• 3.3.2 用迭代法推算声线的出射角度
• 3.3.3 实例分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 均匀浅海中的声场预报
• 4.1 浅海声传播理论简介
• 4.1.1 均匀浅海声场的虚源表示式
• 4.1.2 浅海声衰减的一般特性
• 4.2 海底的声反射
• 4.3 用虚源法预报均匀浅海声场
• 4.3.1 虚源的选取
• 4.3.2 均匀浅海声场的数值预报
• 4.4 实验数据处理
• 4.4.1 实验条件与实验内容
• 4.4.2 实验结果处理与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 非均匀浅海中的声场预报
• 5.1 声线的选取
• 5.1.1 声线的分类
• 5.1.2 声线的选择
• 5.2 预报方法
• 5.3 单层线性梯度浅海的声场预报
• 5.4 多层线性梯度浅海的声场预报
• 5.4.1 两层线性梯度浅海的声场预报
• 5.4.2 三层线性梯度浅海的声场预报
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢