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1、第五章 典型传播条件下的声场,第十四讲 均匀浅海声场,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,2,本讲主要内容,浅海平均声强 浅海传播损失 浅海声场的虚源表示 浅海表面声道 声场计算大作业点评 课堂作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,3,硬底、声速均匀浅海 海底有吸收的均匀浅海 ： ：,一、浅海平均声强,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,4,传播损失分段表示 ，球面扩展： ，3/2次方衰减规律+介质吸收,二、浅海传
2、播损失,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,5,传播损失分段表示 ，柱面扩展+介质吸收+界面吸收：,二、浅海传播损失,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,6,浅海传播的Marsk和Schulkin半经验公式 近距离范围内： 中等距离范围内： 远距离区域：,二、浅海传播损失,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,7,三、浅海声场的虚源表示,基本思想 将海面和海底的反射声线视为由各自的虚源发出的声线，虚源数目与考虑的声线反射次数
3、有关，数目趋于无穷，则可求得浅海总声场。,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,8,硬底均匀浅海 声场模型 假设浅海声速均匀层深为H，海面为平整自由界面，海底为平整硬界面。点源 位于坐标 ，观察点位于坐标 处。,三、浅海声场的虚源表示,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,9,硬底均匀浅海 声场声压 直达波声压： 海底反射波声压： 直达波+反射波声压：,三、浅海声场的虚源表示,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,10,硬底均匀
4、浅海 声场声压 四个点源合成声压： 考虑对称于海面的两个虚源 和 （即海面一次反射波），为：,三、浅海声场的虚源表示,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,11,硬底均匀浅海 声场声压 六个点源合成声压： 考虑海面上的两个虚源对称于海底又产生两个虚源，再叠加两个虚源 和 ：,三、浅海声场的虚源表示,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,12,三、浅海声场的虚源表示,硬底均匀浅海 声场声压 六点源关于海底界面对称，满足下界面的边界条件，但破坏了上界面的对称性。因此，需继续增加虚源对数；
5、 每增加一对虚源，相应于多计入一次海面或海底的反射声线； 虚源阶数越高，声线经过海面和海底的反射次数越多，虚源离观察点距离越远，对合成声压贡献越小。,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,13,三、浅海声场的虚源表示,硬底均匀浅海 硬底均匀浅海声场： 一般均匀浅海声场： 两者差别 反射系数不同,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,14,三、浅海声场的虚源表示,硬底均匀浅海 声场计算：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,15
6、,三、浅海声场的虚源表示,硬底均匀浅海 浅海声场虚源表示分析 相同海底或海面反射次数的声线有四条：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,16,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底均匀浅海 球面波在平行边界上的反射 反射声压： 引入坐标变换：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,17,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底均匀浅海 球面波在平行边界上的反射 反射声压： 关键问题： 1）入射角 的确定 2） 取值范围的确定,College of Underwater Acoustic Engi
7、neering HEU,18,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底均匀浅海 声场的虚源表示： 单个虚源辐射声压：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,19,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底均匀浅海 声场计算：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,20,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底楔形海域 (G. B. Deane and M. J. Buckingham. An analysis of the three-dimensional sound field in penetrable
8、 wedge with a stratified fluid or elastic basementJ. J. Acoust. Soc. Am., 1993,93(3):1319-1328P. ) 虚源分布：圆周上,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,21,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底楔形海域 声场虚源表示： 各个虚源贡献的总和 各个虚源的坐标：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,22,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底楔形海域 单个虚源的辐射声压 点源在倾斜界面上的反射声压
9、 单个虚源的辐射声压,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,23,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底楔形海域 单个虚源的辐射声压 单个虚源的辐射声压,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,24,三、浅海声场的虚源表示,弹性海底楔形海域 声场计算,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,25,四、浅海表面声道,前面介绍的表面声道的有关计算适用于深海表面声道 在冬季，由于冷空气和风浪搅拌作用，浅海也经常形成表面声道 浅海表面声道中的两类
10、声线：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,26,浅海表面声道的平滑平均声强： ：反转声线的平均声强 ：海底反射声线的平均声强。 结论： 由于计入海底反射的贡献，浅海表面声道的传播损失小于深海表面声道的传播损失。,四、浅海表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,27,f=25;%Hz omega=2*pi*f; H=100;%m c0=1500;%m/s k=omega/c0; N=k*H/pi+0.5-mod(k*H/pi+0.5,1)+50;%简正波阶数 zs=30;%
11、m n=1:N; kzn=(n-1/2)*pi/H;%垂直方向波数 kxin=conj(sqrt(k*k-kzn.*kzn);%水平方向波数 rstep=10;%(c0/f)/8;步长选取 nRange=1000;% zr=5:5:95; nDepth=length(zr); for nz=1:nDepth for nr=1:nRange r=nr*rstep; p (nz,nr)=(-i*2*pi/H*sum(sin(kzn*zr(nz).*sin(kzn*zs).*besselh(0,2,kxin*r);%声压 end end,五、声场计算大作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,28,声速分布下图，声源位于 处，以 出射的声线在 处反转。已知 ， ，求水平距离 。 声速分布如下图，已知 ， ，求水平距离 。,六、课堂作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,29,THE END,
