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相似文献
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1.
提出一种可稳定计算Pekeris波导中声场的波数积分方法,并在此基础上开发出一个数值模型,可用于提供Pekeris波导中声场的精确、稳定的数值解。在这个方法中,由于与深度有关的波动方程齐次解中所有的上行波与下行波均采用了合理的归一化表示,从而得到的系统方程是无条件稳定的。在简正波方法中,割线积分一般只对近场有显著影响。因此,传统的简正波模型一般都忽略割线积分对声场的贡献。但是,如果某号简正波离割线非常近,则割线积分对非常远距离的声场仍可能有显著影响。在这种情况下,传统的简正波模型由于忽略割线积分的贡献,从而得到的声场结果是不准确的。本文通过数值算例比较本文提出的波数积分模型与传统的简正波模型。数值结果表明,本文提出的模型可以提供精确、稳定的Pekeris波导中声场的数值解,而在某些情况下传统的简正波模型得到的声场结果是不准确的。因此,本文提出的模型可以作为Pekeris波导中声传播问题的标准模型使用。  相似文献   

2.
水平变化波导中的简正波耦合与能量转移   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
莫亚枭  朴胜春  张海刚  李丽 《物理学报》2014,63(21):214302-214302
针对海底地形水平变化对声场能量传播和声场干涉结构的影响,对简正波之间的耦合和能量转移进行了研究.建立了一种二维大步长格式的耦合简正波模型和三维楔形波导耦合简正波模型,以便快速有效地分析简正波之间的耦合和能量转移.基于耦合简正波模型,阐述了前向声场能量在水平变化波导中传播时的转移过程.并根据射线简正波理论,解释了海底地形变化对声场能量分布的影响机理.水平变化波导中声场的仿真计算表明,当本征值虚部发生剧烈变化时声场存在着较强的简正波耦合和能量转移,且海底地形变化将导致声场能量的水平传播方向偏转至海水深度增加的方向.在声场能量转移和传播方向变化中,声场的能量趋于保留在波导中而不向海底泄漏.同时,声场能量分布受到类似于压缩或稀疏的作用,从而形成椭圆状的干涉结构.  相似文献   

3.
针对非水平边界条件近似处理所引起的双向声场能量不守恒问题,提出了一种满足能量守恒的双向耦合简正波模型。在模型的建立中,严格考虑了非水平界面的边界条件,并依据介质运动方程和连续性方程推导了便于数值计算的耦合微分方程。同时,结合能量守恒方程和不同海底参数下的数值计算,对模型的准确性进行了研究。由理论分析和仿真结果可以看出,边界条件的严格考虑将导致边界修正项的产生,而边界修正项的引入确保了耦合系数满足对称性和模型所计算的声场满足能量守恒,使得本模型可充分考虑边界水平变化对声场的影响,实现非水平分层波导中双向场的准确计算。  相似文献   

4.
杨春梅*  骆文于  张仁和  秦继兴 《物理学报》2013,62(9):94302-094302
通过利用标准简正波程序KRAKEN计算本地简正波解及耦合矩阵, 进一步发展了求解水平变化波导中声场的全局矩阵耦合简正波方法(Luo et al., "A numerically stable coupled-mode formulation for acoustic propagation in range-dependent waveguides," Sci. China-Phys. Mech. Astron. 55, 572 (2012)), 使得该方法可以处理具有可穿透海底及随深度变化声速剖面等实际问题, 并提供声场的完全双向解. 本文还给出了双层波导中耦合矩阵的解析表达式, 并利用其验证了本方法中耦合矩阵数值算法的精度. 最后, 利用改善后的全局矩阵耦合简正波模型(DGMCM)计算了美国声学学会(ASA)提出的可穿透楔形波导标准问题, 将所得数值解与参考解比较, 结果表明DGMCM方法可以精确处理水平变化波导中声传播实际问题. 关键词: 耦合简正波理论 全局矩阵方法 可穿透楔形波导  相似文献   

5.
水平缓变声道中的WKBZ绝热简正波理论   总被引:2,自引:1,他引:2  
本文利用具有海面相移修正的本征函数的WKBZ近似,并同时考虑波导简正波和海底反射简正波的贡献,提出了适合于水平缓变水下声道的WKBZ绝热简正波理论。数值结果表明,会聚区声场主要由波导简正波决定,而影区声场主要由海底反射简正波决定。在菲律宾海中,频率范围在109HZ至860HZ,距离至250km范围时,用WKBZ绝热简正波理论计算的结果与实验数据符合得很好。  相似文献   

6.
提出了一种新的水平变化波导中声场的耦合简正波求解方法,该方法能够处理二维点源和线源问题,提供声场的双向解。该方法利用全局矩阵(DGM)一次性求解耦合模式的系数,消除了传播矩阵递推求解中存在的误差累积问题;此外,改善了现有模型中对距离函数的归一化方法,从而避免了泄露模式指数增长导致的数值溢出问题。本文还给出了绝对软海底理想波导中耦合矩阵的闭合表达式,并分析了单个阶梯下简正波耦合现象。此外,本文还计算了理想楔形波导中的声传播问题(ASA标准问题),并与解析解及COUPLE07计算结果进行了比较,结果表明该方法是一种稳定、精确的水平变化波导中的声场计算方法。  相似文献   

7.
蒋德军 《声学学报》1998,23(2):113-122
引用Zhang和Tindle的更有效深度的概念;将Chapman提出的浅海Pekeris波导的海底(实)有效深度近似,推广到复有效深度近似,其实部和虚部分别反映平面波反射的相位变化和能量损失。通过对比计算表明:由复有效深度近似构成的均匀声场,能反映对应于小掠角的低号简正波的声学特性,有效地计算浅海远距离声场.有关结论可以推广到包含两层软固态海底的波导之中.  相似文献   

8.
钱治文  商德江  孙启航  何元安  翟京生 《物理学报》2019,68(2):24301-024301
利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构声振信息,并提取深度方向上复声压值作为抛物方程初始值;然后采用隐式差分法求解抛物方程以步进计算结构辐射声场.重点介绍了该方法对浅海下结构声辐射计算的准确性、高效性以及快速收敛性后,对Pekeris波导中有限长弹性圆柱壳的声振特性进行了分析.研究得出,当圆柱壳靠近海面(海底)时,其耦合频率比自由场下的要高(低),当潜深达到一定范围时,与自由场耦合频率基本趋于一致;在低频远场,结构辐射场与同强度点源声场具有一定的等效性,且等效距离随着频率增加而增加;由于辐射声场受结构振动模态、几何尺寸和简正波模式影响,结构辐射场传播的衰减规律按近场声影响区、球面波衰减区、介于球面波和柱面波衰减区、柱面波衰减区四个扩展区依次进行.  相似文献   

9.
斜坡海底条件下声场垂直相关特性研究   总被引:3,自引:0,他引:3  
利用数值仿真和实验研究分析和总结了不同斜坡海底条件下声场垂直相关性随垂直间隔和传播距离的变化规律,并利用楔形简正波理论对海底倾斜引起的声场垂直相关变化机理进行了解释.研究结果表明,上坡和下坡地形的声场垂直相关性具有很大的差别.与水平海底相比,下坡海底会增加声场垂直相关性,上坡海底会减小声场垂直相关性.有效简正波之间的干...  相似文献   

10.
为了分析孤立子内波(SIW)对声场干涉特性的影响以及由此监测SIW,我们采用抛物方程模型,分析了孤立子内波影响下简正波耦合带来的单阶简正波宽带脉冲序列的干涉特性;仿真了宽带脉冲信号穿过SIW时,单阶简正波接收脉冲序列随内波位置的变化情况,分析了它们的时空干涉特性和机理;基于耦合简正波理论,推导得到了内波位置和干涉条纹斜率之间的关系。仿真表明,这一关系式可以精确估计SIW距离,估计精度和稳定性比以往方法大大提升。此外,还根据单阶简正波干涉图样在频率上的周期性,推导了另一种估计SIW距离的方法,该方法具有更好的实时性。SIW-简正波干涉关系可用于改善声场定位,对于海洋学、海洋工程和海洋军事等方面具有重要价值。此外,该关系还可以拓展到其他的局部特性变化的探测,如金属探伤和海底地形突变定位等。  相似文献   

11.
A coupled-mode sound propagation model with complex effective depth is presented,in order to involve the effect of branch line integral for acoustic field in a range-dependent waveguide.The equations of motion and continuity are used to obtain the coupled equations,which satisfy boundary conditions in the waveguide with varying topography and contain one coupling matrix.Meanwhile,the couplings between discrete and continuous spectrum are dealt with based on complex effective depth theory.Numerical simulations show that the accuracy of transmission loss is improved by the coupled mode model when eigenvalues of trapped modes are located near the branch point.The acoustic field in a non-horizontally stratified waveguide can be calculated efficiently and accurately by this model,and the energy corresponding to trapped modes,leaky modes and branch line integral can be considered adequately.  相似文献   

12.
The acoustic field in a Pekeris channel with an attenuating basement is critically examined, based on contour integrations of the wave number integrals for the two domains. In both regions, the field consists of a finite sum of proper (square integrable) normal modes plus a branch line integral around a hyperbolic cut. For low bottom attenuation, only "trapped" modes exist but as the loss increases additional "dissipation" modes contribute to the mode sum. A Newton-Raphson iterative procedure is introduced for finding the complex eigenvalues of the modes and a new expression is derived which shows that the total number of proper (trapped plus dissipation) modes supported by the waveguide increases essentially linearly with rising bottom attenuation. Approximations for the complex shape functions of the modes in the water column and the basement are developed and compared with the exact shape functions determined from the Newton-Raphson procedure. An expression derived for the modal attenuation coefficient scales in proportion to the square of the mode number and inversely with the square of the frequency. Stationary-phase approximations for the branch line integrals for both domains are developed, which serve to illustrate the asymptotic range dependence of the lateral wave but otherwise have little utility.  相似文献   

13.
A two-way integral equation coupled mode method is applied to a continental shelf ocean waveguide proposed for a special session devoted to range-dependent acoustic modeling at the 141st meeting of the Acoustical Society of America. The coupled mode solution includes both sediment trapped and continuum modes. The continuum is approximated by a finite number of leaky modes but neglects the branch cut contribution. Mode coupling matrix elements and the range evolution of the modal amplitudes show the nature of the mode coupling. Transmission loss versus range at 100 Hz predicted by the integral equation approach is compared to the transmission loss predicted by a wide angle parabolic equation method. While there is very good agreement, one observes small differences that can be interpreted as backscattering predicted by the integral equation solution.  相似文献   

14.
骆文于  于晓林  杨雪峰  张仁和 《中国物理 B》2016,25(4):44302-044302
An exact solution based on the wavenumber integration method is proposed and implemented in a numerical model for the acoustic field in a Pekeris waveguide excited by either a point source in cylindrical geometry or a line source in plane geometry. Besides, an unconditionally stable numerical solution is also presented, which entirely resolves the stability problem in previous methods. Generally the branch line integral contributes to the total field only at short ranges, and hence is usually ignored in traditional normal mode models. However, for the special case where a mode lies near the branch cut, the branch line integral can contribute to the total field significantly at all ranges. The wavenumber integration method is well-suited for such problems. Numerical results are also provided, which show that the present model can serve as a benchmark for sound propagation in a Pekeris waveguide.  相似文献   

15.
陈晨  石邦任  郭丽君  赵猛  张荣 《光学学报》2012,32(6):613001-113
针对SiO2光波导声光布拉格器件,计算了SiO2非对称平板波导TE模式的横向场分布;给出了SiO2/ZnO/Air层状介质结构的性能方程、运动方程和麦克斯韦方程,推导出这种层状结构的特征方程,并结合所满足的边界条件,得到了各层介质的位移及电磁场分布;计算了声表面波所引起的光学相对介质隔离率张量的变化,最后讨论了声光衍射效率和光场与声场的重叠积分、声功率、声频率、声孔径和光波导参数之间的关系。结果表明,在低频范围内光场与声表面波场重叠良好;低阶模的重叠积分始终大于高阶模重叠积分,最低阶模与声表面波相互作用最强,所需声功率最小;当声功率一定时,增加声孔径可以提高衍射效率。  相似文献   

16.
王泽茜  李建  张振  顾明宇 《应用声学》2023,42(1):107-115
为了有效利用声场奇异点蕴含的声源参数信息,研究了在理想浅海波导中,远场不同邻阶模态组的声场奇异点与声源深度之间的关系。推导计算了典型浅海声源声场的邻阶模态组奇异点位置,并通过仿真对奇异点的分布进行分析,结果显示邻阶模态组的阶数和阶差越大,奇异点分布越复杂。进一步研究发现,邻阶模态组第一组奇异点的深度和声源深度之间存在联系,并且基于奇异点与声压场的对应关系,在获得准确模态分布的前提下,可以通过两个邻阶模态组的第一组奇异点深度逆运算获得对应声源深度信息,也可以通过第一组奇异点深度反演获得声源深度信息。该文为获取浅海声源深度提供了思路。  相似文献   

17.
王子华  吴智勇 《光子学报》1997,26(2):115-120
本文应用耦合波理论来计算任意渐变折射李光纤的传播常数和模场分布.将无限伸展的抛物型折射率分布光纤作为一个理想波导,任意径向不均匀折射率分布光纤便可以视作该理想波导的微扰,其模场可以展开成一组完备的理想波导模的叠加.然后,模场和传播常数可以通过耦合波方程求得.进一步将一阶微分方程组形式的耦合波方程变换成线性方程组,使计算过程大大简化.文中给出了数值计算结果,并将其与准确值进行了比较.  相似文献   

18.
Pekeris波导中简正波的复声强及其应用   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
余赟  惠俊英  赵安邦  孙国仓  滕超 《物理学报》2008,57(9):5742-5748
在Pekeris波导模型下,关注了简正波的矢量场,讨论了简正波水平复声强和垂直复声强的表述,并分析了其特征.单阶简正波在水平方向是行波,相应的水平复声强仅为有功的;在垂直方向为驻波,相应的垂直复声强仅为无功的.而多阶简正波相互干涉,因此总声场的复声强既有有功分量,也有无功分量,其中只有有功分量参与声能的输运,但无功分量是反映声场信息的重要组成部分.通过对垂直(交互)复声强无功分量和水平交互复声强有功分量的数值分析,对于甚低频率的点源声场,发现当声源深度变化时,上述声场分量的正负号呈有规变化,当接收传感器置 关键词: 目标深度分类 复声强 矢量场 Pekeris波导  相似文献   

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