[发明专利]一种基于射线简正波的深海不完整声道会聚区分类方法

说明书

本发明是一种基于射线简正波的深海不完整声道会聚区分类方法。本发明涉及水声物理测绘技术领域，本发明基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系，根据确定的声线水平距离与深度的关系，确定深海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，根据海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，确定焦散线的位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，完成对深海完整声道中会聚区类型进行分类。本发明针对目前对于不完整声道中会聚区类型研究较少的特点，利用射线简正波理论分析了各种类型会聚区的形成机理，将深海不完整声道中的会聚区分为了三类。

技术领域

本发明涉及水声物理测绘技术领域，是一种基于射线简正波的深海不完整声道会聚区分类方法。

背景技术

深海声道广泛地存在于地球各大洋中。根据定义，深海声道是存在于一定水深中的声波波导。由于受温度、压力以及其他因素的影响，深海中的声波速度随深度的变化曲线呈一个具有极小点的二次曲线的形状，其声速极小值所处的深度称为声道轴。在轴的上方声速增大的主要原因是海洋表面温度的升高，而在轴的下方声速增大的主要原因是海水静压力的增大。在对深海大深度的实验研究中，发现在声道轴以下同样存在着会聚效应，目前缺少对不完整声道会聚区分类。

深海会聚区对于深海远程声传播有着重要的意义，许多学者都对其进行过研究。当声源位于海面附近时，在海面附近会形成声强很高的焦散线和会聚区。所谓焦散线指的是临近声线交聚点所形成的包络线，会聚区指的是海面附近形成的高声强焦散区域。

以往对于会聚区的研究，由于国外深海海域多为完整声道，因此会聚区也多为完整声道中的会聚区，随着我国近年来科技的发展，对南海海域典型的不完整声道研究也逐渐受重视起来，李整林等人研究了不完整声道中海底反射会聚区的特点，该会聚区位置位于海面附近，不同于以往研究的上反转点会聚区。同时，哈尔滨工程大学在2014年的南海远程声传播实验中发现声道轴以下也存在着会聚效应，因此对于不完整声道中会聚区类型的分类将有助于对各个类型会聚区进行进一步的研究。

发明内容

本发明针对不完整声道在深海声道中的会聚区类型根据射线简正波理论进行分类，从而能够更好的对各种类型的会聚区分类，本发明提供了以下技术方案：

一种基于射线简正波的深海不完整声道会聚区分类方法，包括以下步骤：

步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系，不完整声道为海底声速小于海面声速，在分层介质条件下，位于x＝0，z＝z_s处，确定初始角为α₀的声线经过的水平距离，通过下式表示所述水平距离：

其中，x为声线经过的水平距离，z_s为声源深度，n(z)＝c₀/c(z)为折射率；

步骤2：根据确定的声线水平距离与深度的关系，确定深海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，海水中声线包括水中折射型、海面反射型、海面-海底反射型以及海底反射型；

步骤3：根据海完整声道中的下反转点会聚区中的声线水平距离，确定焦散线的位置；

步骤4：根据焦散线的位置，在伪彩图上画出焦散线的几何图像，并与传播损失伪彩图的会聚效应区域进行对比，完成对深海完整声道中会聚区类型进行分类。

优选地，海面声速1544m/s，海底声速1533m/s，声道轴位于1100m。

优选地，步骤2具体为：

步骤2.1：确定无量纲算子F，通过下式表示无量纲算子：

其中，c_s为声源处声速；