多层冰雪覆盖界面下水声信道特性研究

摘要

随着全球气温变暖，北极海冰急剧消融，北极航道有望被开发，不论在战略方面还是民用方面，北极地区都有着十分重要的意义。北极表面覆盖的冰层，导致对北极的研究存在一定的难度。 北极表面覆盖冰层，形成了北极独特的正声速梯度剖面，声源靠近冰面时，声线向上折射弯曲，与冰面下表面反射，再折射，以此往复，形成表面声道。冰层的反射对声传播起到了至关重要的作用，从而影响北极冰下声场。本文研究了一种基于边界条件计算多层冰雪声波反射系数的方法，简称为全局矩阵法。将全局矩阵法与经典的使用阻抗转移方法的结果进行对比，验证了全局矩阵法的正确性。分析了不同频率、冰厚、雪层等条件对声波反射系数的影响。 将反射系数结合声场仿真模型，对北极声场进行仿真。根据文献中实测的北极冰层参数建立了分层冰雪声反射模型，以此模型为基础对冰层覆盖下水中的传播损失、声线图以及冲激响应进行了分析。对比分层冰与单层冰声反射模型条件下的信道区别，远距离处两种声反射模型条件下的信道相关性很差，说明了分层冰声反射模型的合理性。此外对比了不同频率、冰厚、雪层条件下的声传播特性，分析了影响声场的因素。分别进行了北极试验与俄罗斯冬季试验，测量了接收距离不变情况下，不同深度的传播损失。将仿真结果与试验结果进行对比，分析仿真的有效性及问题所在。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1冰层建模与声波散射研究

1．2．2北极环境声场研究

1．3论文研究的主要内容

第2章基于射线理论的平面冰雪层声反射特性分析

2．1．1单层冰模型

2．1．2多层冰模型

2．2“空气-多层冰雪-水”结构反射模型

2．2．1全局矩阵方法介绍

2．2．2全局矩阵方法验证

2．3平面冰雪层反射特性分析

2．4本章小结

第3章基于射线理论的多层冰雪界面下声场分析

3．1声场模型的基本理论

3．1．1波动方程求解模型

3．1．2射线理论可行性分析

3．2多层冰雪覆盖下射线理论声场分析

3．2．1分层冰与单层冰声场对比

3．2．2冰雪界面对声场的影响

3．3本章小结

第4章试验与数据处理

4．1北极试验介绍

4．2．1数据处理

4．2．2模型仿真与结果分析

4．3俄罗斯试验介绍

4．4模型仿真与数据处理

4．4．1数据处理

4．4．2模型仿真与结果分析

4．5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

附录