[发明专利]一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法、设备和介质

权利要求书

1.一种基于声衍射相移的深海会聚区位置计算方法，其特征在于，在MRT基础上，利用数值方法，在声线反转点引入额外的函数相移，利用函数相移得到声线在反转点额外的水平位移，从而使深海波导中的声线与简正波能在低频条件下通过WKB方法建立准确的等效关系；

记c₀为声源处声速，θ₀为声线出射掠射角：

上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距分别为：

其中，a，b分别为上，下反转点深度；

在完整深海声道中，按照声线类型的不同把会聚区分为RR型会聚区与RSR型会聚区；根据会聚区相对于声道轴的位置，分为上会聚区与下会聚区；根据会聚区的形成机理分为焦散线会聚区与反转点会聚区；根据上反转点到声源与接收器的水平距离以及声线跨距总结出了四类RR型折射声线：

r₁＝jL+L₀-L_z (11a)

r₂＝jL-L₀+L_z (11b)

r₃＝jL-L₀-L_z (11c)

r₄＝jL+L₀+L_z (11d)

式中j表示声线走过的跨距个数；

若上述四类声线在距离r*处满足：

则声线发生交会，声能在此处聚焦，形成一个焦散点，二维平面中相邻焦散点连成焦散线；

根据四类声线的特征，用上下反转点外非均匀平面波对传播距离的贡献、海面海底反射相移对传播距离的贡献与用衍射相移计算得到的一个跨距内的传播距离误差对式(11a)、(11b)、(11c)和(11d)修正后得：

r₁^m＝j(L-Δr)+L₀-L_z (13a)

从式(13a)、(13b)、(13c)和(13d)可以看出，声衍射相移的引入将重新改变经典射线理论中声线反转点与焦散线的位置，从而影响反转点会聚区与焦散线会聚区的位置，当频率逐渐升高使声衍射相移可以忽略时，式(13a)、(13b)、(13c)和(13d)退化为式(11a)、(11b)、(11c)和(11d)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，声速分布由Munk模型给出，其一般形式如下：

c(z)＝C₁[1+ε(η+e^-η-1)] (1)

式中C₁为声道轴声速，ε＝Bγ_A/2＝7.41×10^-3，B＝1300m为标度深度，γ_A＝1.14×10^-5m^-1为绝热环境下的声速梯度，η＝2(z-z₁)/B为无量纲的距离参数，z₁为声道轴深度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，把MRT中反转点靠近波导界面时引起的反射相移与反转点处引入的函数相移统称为声衍射相移。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，结合模态本征函数，在声线上下反转点引入额外的函数相移分别为：

式(2a)，(2b)中a，b分别为上，下反转点深度，c'(a)与c'(b)分别为声速在上，下反转点处的导数，k_r为水平波数，H是海水深度，δ为Dirac函数：