水平递推声线模及声速剖面建模与研究.pdfVIP

摘要 摘要 本文主要研究海洋声场中的一种声线模型，此模型可应用于水下声纳、海 洋资源开发和海洋环境监测等多个技术领域。这种模型以声速为基础，构造海 洋中声能的传播路径、声衰减、延时等。 本文提出用B一样条构造声速剖面的方法，克服了常规三次样条内插法对 含有较大拐点曲线内插的不是，为声线模型的构造建立了良好的基础。为了合 理地构造声线传播路径需要在声线模型中使用较为准确的声速剖面。在常规的 内插法中，如果存在有较大拐点，会使内插得到的曲线在与拐点左右相邻的两 个样点之间产生明显波动，造成曲线非单调分布，这与实际声速有很大的差异， 另外还会产生尖锐的凸起。三次样条内插虽然能较好的平滑内插曲线，但面对 波动现象只能丢弃这一个奇异样点来保证曲线整体的单调性，然而丢弃的同时 会在这个样点的位置上出现大的内插偏移量。由于B一样条曲线可通过调整参数 来改变益线形状，因而采用B一样条内插后，能够保持每个采样点的完整性且在 样点处无偏差，这样可以在曲线上保留每个样点而无须为了平滑曲线丢弃部分 样点，兼顾了平滑性和一致性的要求。文中通过分析研究，找到合理调整B一样 条参数的方法将内插的曲线进行平滑，且满足了声线模型对曲线导数的要求。 本文采用沿水平方向递推的声线模型，并将其与B一样条内插的声速剖面 相结合。在翻阅大量当今声线模型的资料后发现，采用水平方向递推的声线模 型很少，大部分是按声线轨迹进行递推。从原理上讲两者是从不同的角度出发， Ocean Acoustics在国内流传广 得到了相似的结论，不过由于Computational 泛影响深远，后者获得的关注更多一些。一般海洋声场分析中将声速设定为深 度的函数。在此条件下，最原始的声线构造法是将声介质按深度进行分割，分 割出的分段长度由计算的步长决定。每个分段内声速为线性变化，而后按照程 函方程描绘出段内声线轨迹，段与段之间的声线在边界上按Snell定律连接。 这种方法涉及分层的选取，如今为了避免分层对声线造成的偏移，一般采用在 声线轨迹坐标下展开迭代的声线算法。这种办法虽然在完全利用声速剖面上取 得了进步，然而在每次迭代后需要转换出水平坐标和深度坐标来判断是否存在 界面反射的情况。采用了沿水平方向迭代的声线算法后，每次递推后的各个元 素：传输时间、出射角、波前坐标，都与水平距离直接相关联，因而在每次迭 代后无需进行坐标转换就可以很方便的直接对照海底地形进行声线反射操作。 本文的成果包括：分析水平递推方法中对声速剖面的特殊要求，详细介绍 如何采用B一样条构造符合导数、连续性阶数要求的声速剖面； B一样条同时提 摘要 供了任意位置内插点的计算，这使得在递推过程中只需要计算所需深度的声速 而不必描绘出整个声速剖面，降低了计算开销；最后，本文做了水平递推声线 模型的仿真实验，本征声线提取，传播时间计算等。 关键词：声线模型水平递推B一样条三次样条声速剖面 内插算法 ABSTRACT This triestobuilda relative modelforocean paper range raytracing resource andthe aSthe ocean’s exploitation researches，suchsonar,the engineering basedonthe ofsound surveillance．Thismodelis building ocean’senvironment transtime，