无限元边界条件下的浅海海底地震波场建模

邓 峰，程广利，刘 宝

(1. 海军工程大学电子工程学院，湖北武汉 430033；2. 91001部队，北京 100089)

0 引 言

随着舰船减振降噪技术的改进和提高，舰船辐射噪声呈现低频化、甚低频化的特点，浅海水声信道的低频截止效应使得波长较长的 (甚) 低频噪声向海底耦合，因此利用舰船航行激发的海底地震波成为获取水中目标信息的一个重要途径[1]。舰船激发的海底地震波场主要包括水中简正波和地声[2]，其中 Scholte 波的能量主要聚集在海底界面附近，其在水平方向上衰减较慢，且不易受到海水水文条件的影响，在水雷引信设计、水中目标探测等军事领域具有较大的应用潜力[3]。

舰船航行激发的海底地震波波场的数值求解本质上是采用不同方法求解波动方程，主要包括三类方法。第一类是采用声场计算方法，文献[4]采用抛物方程结合反转算子法，对浅海弹性海底界面位移场进行求解，分析了不同海水环境和不规则海底对声传播和甚低频海底位移场的影响；文献[5]基于波数积分方法并通过快速场计算程序，分析了不同浅海环境下海底声压、位移和加速度的频率特性；文献[6]将传统的简正波模型进行改进后用于求解海底界面波的传播损失，与Kraken的计算结果一致性较好。文献[4-6]都是从传统的水声学模型出发研究地震波场，并没有对实际海底的弹性力学属性进行分析。第二类采用高阶交错网格有限差分法[7]，该方法的主要原理是将原始声场波动方程在时间和空间域上直接离散成差分方程组，配以相应的物理连续条件约束，通过数值计算可获得水中点声源激发的全波场解；……