[发明专利]基于抛物方程理论的深海完整声道下焦散线会聚区增益计算方法

权利要求书

1.基于抛物方程理论的深海完整声道下焦散线会聚区增益计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：假设海水为分层介质，声速为典型的Munk深海声速剖面，表达式如下：

c(z)＝c₀{1+ε[e^-η-(1-η)]} (1)

其中，c(z)表示深度在z处的声速，z指的是深度，η＝2(z-z₀)/B，z₀为声道轴的深度，B为波导宽度，c₀为声速极小值，ε为偏离极小值的量级；

对于简谐点源激发的声场，Helmoltz方程解表示为如下形式：

其中，p(r,z)指的是水平距离r处，深度为z处的声压值；ψ(r,z)为水平距离r处，深度为z处的声场势函数；指的是0阶1类汉克尔函数，k₀为波数参考值，其中，ω＝2πf，f为频率；

由近轴近似，得出ψ所满足的方程表示为如下形式：

其中，i为虚数单位，n＝c₀/c(z)为折射率；

由声强与声压的关系，在根据式(2)计算出声压后，计算得出声强值：

I(r,z)＝|p(r,z)|² (4)

其中，I(r,z)为水平距离r处，深度为z处的声强；

步骤二：对于宽带信号，根据步骤一中得出的声强值，以中心频率的三分之一倍频程带宽进行平滑平均，频带内声场能量平均计算公式为：

其中，表示中心频率为f₀的平均声强，Δf为频带宽度；

在得到频带内声场平均能量后，根据传播损失计算公式计算频带内的频率平均传播损失：

其中，表示中心频率为f₀的平均传播损失；

根据下焦散线会聚区的位置，从频带内的频率平均传播损失中提取出下焦散线会聚区处的传播损失值；

步骤三：根据球面波扩展损失的理论公式以及下焦散线会聚区的位置公式，计算下焦散线会聚区处球面波扩展损失的值，将下焦散线会聚区处频率平均传播损失与球面波扩展损失对比，得出下焦散线会聚区的增益；

其中，TL_球表示球面波扩展损失，r为水平距离，z为垂直深度；

所述下焦散线会聚区为从声源共轭深度开始的能抵达海底的焦散线所形成的会聚效应区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：海底环境为液态海底，即非弹性海底，标准抛物方程能够适用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述海底环境为完整的深海声道，即在声源共轭深度以下有足够的深度余量。