海面波动引起的声场起伏特性研究

王振 马晓民 洪常委

(1.第七一五研究所，杭州，310023；2.上海船舶电子设备研究所，上海，201108)

海面波动具有波长从毫米到百米的连续谱，一般来说，当信号被海面反射时会使声信号强度产生强烈的起伏，这种起伏主要与反射声束的幅度和相位起伏联系在一起[1]。海面波动引起接收信号强度的起伏，还与声源与接收点的距离、海况、散射、折射等有关。信号强度的起伏主要由声源和接收器附近的海面波动引起，而远离声源与接收器的传播路径之间的海面波动对声场的影响较小[2]。海面波动造成不同深度声源的幅度和相位起伏特征，以及声场起伏频率特性，可以辅助提高水下目标的检测性能，作为水下声信号的识别特征。

本文主要研究浅海海面波动引起的声场振幅和相位起伏。基于简正波理论模型，分析海面波动引起声场起伏的因素，针对浅海波导环境，对声源在不同深度下起伏特性进行研究。

1 浅海波导声场模型

典型浅海Pekeris波导环境如图1所示。图中，海面为压力释放表面，海面波动服从均值为μ、方差σ的高斯分布，声源辐射单频信号，海深为H=h1+h(r)，声源深度为zs，接收点深度为z，声源与接收点之间的水平距离为rs，水层的密度为ρ0=1 000 kg/m3，声速为c0=1 480 m/s，海底层的密度为ρ1=1 800 kg/m3，声速为c1=1 550 m/s。

图1 浅海波导环境示意图

由于严重的衰减，侧面波在远场的贡献可以忽略不计，因此，浅海中声源在远场接收点处的复声压场可以表示成一系列简正波叠加的形式[3]：

其中，φm（z ）为特征函数，κm表示水平波数，ω为声源的角频率，M为声源激发的简正模阶数。……