基于Kichhoff近似及赫姆霍兹积分理论冰下混响的相关特性研究

摘要

针对有冰层覆盖的水下声学探测、通信等情况,因冰水界面的作用会产生很强的混响场而限制了主动声纳探测性能的问题,首次提出将物理声学方法应用于粗糙冰面下的混响研究,对粗糙冰面建立了基于Kichhoff近似的赫姆霍兹积分散射模型,给出了冰下混响的时-空相关特性.首先对冰面的起伏状态进行模拟,利用表示粗糙面起伏高度分布的功率谱、表面相关长度、均方根高度等参量的随机过程来描述起伏粗糙表面;其次,结合冰水界面反射理论得到冰水界面各面元的反射系数与入射角函数关系;最后,利用赫姆霍兹积分散射模型得到基于Kichhoff近似的冰下混响结果,分析不同冰面粗糙度参数对冰下混响信号的影响,并对其时-空相关特性进行分析.通过仿真和松花江冰下混响实验数据分析表明,时间相关性随信号频率的增加减弱,时间相关半径变小;空间相关系数随阵列间距呈震荡衰减关系.