深海声道中声传播会聚区的研究.pdfVIP

深海声道中声传播会聚区研究 姜冠亭 马力 中国科学院声学研究所 100080 摘 要 本文采用射线声学理论计算和分析声波在海洋中的传播衰减规律 准确地预 报深海中会聚区的位置和宽度以及声传播损失 从而得出海洋中声传播的一些主要 特点 总结出若干水下声传播的规律 这些结论具有重要的水下应用价值 关键词 水声传播 会聚区 射线 A Research of Sound Propagation Convergence Zones in Deep Ocean Jiang Guanting Ma Li Institute of Acoustics of Chinese Academy of Science 100080 Abstract: In the paper the Ray Trace Theory is used to calculate and analyze the regular of sound propagation in deep ocean. It can predict exactly sound Convergence zones wedth and range and transmission loss. The result can be applied to underwater field. keywords: sound propagation; onvergence zones; ay trace line 1.引言 在深海地区 由于水下声道效应 有一些区域声线无法进入(不考虑经海面和 海底反射后的声线) 有些区域声线束又很密集 如此形成了一系列交替出现的会 聚区和影区 会聚区声线的包络就是焦散面 当声源从海面逐渐下降至声道轴的 深度时 影区的宽度逐渐缩小而亮区的宽度逐渐增大 当声源恰好处于声道轴时 这一深度处的影区则完全消失 在深海声道中由于声波传播衰减较慢 可以用来进行远距离目标的搜索和定 位 因此也将深海声道称为SOFAR(Sound Fixing And Ranging) 声道 如果声源不是在声道轴附近 而是在海面附近 但是声源所在位置的声速又 小于海底附近的海水声速时 海洋中会形成明显的会聚区和影区 见图 1 会聚区的形成可以从声线图中得到解释 在图 1 中 如果声源所在位置的声 速 小于海底声速 则由声源发射出去的角度 arccos c 声源/c 海底 的声线能 够被限制在声道内而不被海面或者海底反射 这样造成的结果是 声道中一部分 地区的声线密集 如 A-A`和 B-B ` 而另一些区域比如 C-C`和 D-D` 只能有有限 1 的从海面和海底反射而来的能量 因此 这些区域是声影区 在这里 我们称 A- A `为第一会聚区 B-B `为第二会聚区 另外从图中还可以看出来 随着距离的增 加 会聚区的宽度也随着拓宽 图 1 声源距离海面 100 米时的声线 2 声速剖面 影响水下声线传播的最重要因素是声速剖面 经过实验检验得知 Munk 的 声速剖面模型公式 1 能够很好地与实际的 SOFAR 声道相吻合 其表达式是 c(z ) c[1 e0 (eh 1h)] 1 其中 h 2(z z ) / B B 跃层深度 c 声道轴深度处的声速 e 0 g A B / 2 , g A 1.14105 m 1