基于小斜率近似的深海海面混響*

殷麗君 吳金榮 侯倩男 馬力

1) (中國科學院聲學研究所, 中科院水聲環境特性重點實驗室, 北京 100190)

2) (中國科學院大學, 北京 100049)

收發設備在海面附近的深海混響實驗中, 多途時延使得最先到達水聽器的為海面混響信號, 且不受海底散射聲場的干擾.本文利用射線理論描述深海聲傳播的格林函數, 采用粗糙界面一階小斜率近似方法描述全角度海面散射, 給出海面混響聲場的表達式.同時考慮了海面表層氣泡散射的貢獻, 獲得了海面混響理論.通過數值仿真數據和深海實驗數據的比較對海面混響模型進行驗證, 分析了不同接收深度、頻率下的海面混響強度衰減趨勢.結果表明: 低海況條件下, 低頻海面混響由粗糙界面散射主導, 氣泡散射可以忽略, 隨頻率升高, 氣泡散射對海面混響的貢獻逐漸增大, 海面附近收發深度的小幅變化對混響衰減曲線的影響不明顯.基于該模型提出一種反演海面粗糙界面譜參數的方法, 數值計算結果驗證了該模型能夠在風速已知的前提下,通過海面混響數據提取海面粗糙界面譜參數.

1 引 言

海面混響成因于海面的不平整性和波浪產生的氣泡對聲波的散射, 是預報低頻聲吶系統混響強度的重要參數之一.對海面混響開展全面研究始于二戰[1], Chapman和Harris[2]首先利用爆炸聲源測量低頻海面混響, 總結給出海面散射強度經驗公式.在這一研究之后, 開展大量低頻混響測量工作[3?7], 多數情況下海面散射強度……