水面上声源激发水下声场的仿真分析

摘要

深入研究和掌握水面上声源激发水中声场的分布规律具有重要意义。本文利用射线理论和简正波方法对水面上点源激发的水中声场进行了仿真分析。
　　首先，研究了空气—水界面对声波透射的影响。在界面附近，透射声压为入射声压的2倍，声强却减少约30dB。利用射线理论得到了空气中点声源强度与水中声场强度的关系。对比水面上声源和水中声源激发的水中远场声场表达式，得到了水面上声源与邻近水面下的水中声源可以互相转化及转化的条件。利用球面波分解为平面波的方法得到了水中侧面波的表达式、水面上声源激发水下远场声场的简正波表达式以及水中声场的平均衰减规律。研究表明，侧面波的幅度随着深度的增加指数衰减。
　　其次，用简正波声场计算程序对模型进行了仿真，同时与射线声学方法进行了对比。仿真分析了泄漏模式对近场声场的影响；等效源深度和声源高度对水下声场的影响；水面上方声源与水中声源激发水中声场的传播损失对比；海底类型对声场的影响。仿真分析验证了在高频情况下，水面上方声源激发水中声场的平均衰减规律。
　　最后，利用Visual C++和Fortran开发水下声场计算软件，该软件能够计算水面上方声源和水中声源激发水下声场的传播损失和声场分布。

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第1章 绪论

1.1 立题背景及意义

1.2 研究历史及现状

1.3 本文工作内容

第2章 水面上声源激发的水下声场研究

2.1 空气—水界面对空气声波反射和折射的影响

2.2 等效源法

2.3 水面上声源激发水下声场的简正波表示

2.4 水面上声源激发浅海声场的深度平均传播损失

2.5 本章小结

第3章 水面上声源激发水下声场特性仿真

3.1 等效源法验证

3.2 泄露模式对声场的影响

3.3 等效源深度和声源高度对声场的影响

3.4 水面上声源与水下声源激发的水下声场比较

3.5 海底类型对传播损失的影响

3.6 频率对传播损失的影响

3.7 本章小结

第4章 水下声场计算软件开发

4.1 软件功能及编程实现

4.2 软件设计与功能

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 波动方法求解水下侧面波

附录B 有效深度法