水面和水下目标起伏声场差异性研究.pdf

《水面和水下目标起伏声场差异性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2015年第1期声学与电子工程总第117期水面和水下目标起伏声场差异性研究谢志诚葛辉良(第七一五研究所，杭州，310023)摘要为了探究声源深度起伏对水面和水下目标简正模声场影响的差异性，基于Kraken模型，针对浅海Pekeris波导环境，仿真研究了声源相对接收点静止和运动两种情形下由声源深度起伏造成的各阶简正模能量的波动特性，并构建了起伏统计量ESI加以描述，结果表明，水面目标的深度起伏使得各阶简正模的ESI都相对较人，而水F目标只有当其平均深度位于某阶简正模的波节位置时才会使得该阶模的ES／较大。该文研究内容叮以为

2、水中目标的深度分类研究提供一种思路。关键词声源深度；起伏声场；简正模声场；目标分类受海面波浪、内波等的影响，海洋中舰船目标略不计，因此，浅海中声源在远场接收点处的复的深度常常会在其平均深度附近上下波动，这种现声压场可以表示成一系列简正波叠加的形式[3】：象被称为海洋对舰船目标的深度调制作用【JJ。声源()()(z)ukrm，．)深度的波动会导致接收信号强度的起伏，这种起伏还与距离、海况、散射、折射等有关。研究不同深i‘．丝eX~rm,度声源的深度波动导致的声场起伏的差异性，可以一Zs)48~re。i(z)(z辅助目标信号

3、检测与识别，为水面和水下目标分辨plm”j、Ikrm(1)提供新特征。浅海环境中，声源在远场的声压可以表示成一其中，式(1)忽略了时间项exp(一i)，表示系列简正模的叠加，声源深度起伏会导致各阶简正声源的角频率，表示声源激发的简正模阶数，模声场的波动。Kraken模型是经典的基于简正波理和(Z)分别表示第m阶简正模的水平波数论的模型，本文基于该模型，针对浅海Pekeris波导和模深度函数，1mM，Zx和Z分别表示声环境，对小同深度目标的深度波动引起的各阶简正源深度和接收点深度，r表示声源和接收点之间的模声场的起伏特性进

4、行研究。水平距离。(Z)根据边界条件确定，本例中的1PekeriS波导中单频点源声场模型边界条件为：(0)=0，()=()典型的浅海Pekeris波导环境如图1所示。图中，海面为压力释放表面，声源辐射单频信号，海深为1(d~-Zlm)=去(警)爿，⋯limH，声源深度为Z，接收点深度为Z，声源与接收(2)点之fHJ的水平距离为，水层的密度为，声速为式中，1和2分别表示水层和海底层中的第c，，海底层的密度为P，，声速为C。，假定海底剪切m阶简正波。本文集中考察水层中接收点处的各波声速为零，水层和海底均无吸收衰减。阶简正模声

5、场的特性。cl结合式(2)可以得到水层中接收点(，ZJR)处：●一一⋯——的复声压表达式为】：●z=一j(sin()sin(kzm)eil(3)=’2图1Pekeris波导环境示意图H—COSHsinH—bsinHtankzH由于严重的衰减，侧面波在远场的贡献可以忽24谢志诚等：水面和水下目标起伏声场差异性研究式中，b=／，表示第m阶简正波的垂直波3PekeriS波导中单频声源声场模函数。数分析2简正模声场能量起伏统计量构建将图1所示的Pekeris波导环境参数设定为：受海面波浪和内波等影响，水面和水下目标的=1000k

6、g／m3,c1=1480m／s，深度会在其平均深度z附近上下波动，导致各阶简H=100m，=1723kg／m，(8)正模声场的波动。由式(3)可知，固定接收点深度cl=1550m／s，zR=99ITIz时，简正模声场的波动还受到声源与接收点之间距离的影响。将第m阶简正波对接收点(，z)处复假定声源辐射单位强度的75Hz单频信号，声压场的贡献分离如下：利用Kraken模型计算得到各阶简正模的水平和垂直波数值如表1所示。PmR表1各阶简正模的水平和垂直波数值邝介l123一j(告sin(in(／4)水平波数l0．31730_3

7、1380．3077垂直波数l0．02670．054l0．0818(5)利用表l、式(4)以及式(5)可以求得不同基于各阶简正波的模深度函数之间的正交性关深度下各阶简正模与距离无关的激励幅度，计算系，VPremus[利用垂直阵接收数据分离了声源深度得到5m和z~=501TI时前三阶简正模对不同深随机波动时各阶简正模激励幅度的起伏变化，并且度接收点贡献声压的归一化幅度如图2和3所示。提出了统计量(ScintillationIndex)描述这种起伏由图2和图3可以看出，接收点深度相同时，特性，定义如下：声源深度为51TI的声源

8、激发的低阶简正波声压的激励幅度相对较低，高阶简正波声压的激励幅度相对较高；声源深度为501TI的声源激发的第一阶=和第三阶简正波声压的激励幅度比第二阶简正波㈦声压的激励幅度高。这一点可以用式(5)中的hm(t)=(())eikrmrs(t)sin(k~mz,)sin()解释，给定的波导声场环境下，声源频率和接收深度固