水下声传播的发展及其应用

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1、水声物理专题水下声传播的发展及其应用*2014－07－24收到†email：lifanyuxin@sina.com1，†121李凡郭新毅张毅胡涛DOI：10.7693/wl20141003(1中国科学院声学研究所北京100190)(2北京长城电子装备有限责任公司北京100082)Developmentandapplicationsofunderwateracousticpropagation1，†121LIFanGUOXin-YiZHANGYiHUTao(1InstituteofAcoustics

2、，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)(2BeijingtheGreatWallElectronicEquipmentsCo.，Ltd.，Beijing100082，China)摘要文章介绍了水声学中的基础研究领域水下声传播影响因素和研究进展，分析了海洋环境因素对水下声传播的影响机理，给出了不同类型海域以及不同季节的水下声传播特征。文章还列举了目前水下声传播研究的热点问题：水下三维声传播和复杂海洋环境下的水下声传播不确定性研究，并阐述了它在目标

3、探测研究中的应用。最后文章着重讨论了水下声传播的重要应用之一——自适应匹配场处理技术。关键词水下声传播，海洋环境，三维效应，不确定性，匹配场处理AbstractTheprogressinresearchonunderwateracousticpropagationisreviewed.Thefactorsinfluencingunderwateracousticpropagationareanalyzed,andthecharacteristicsofacous-ticpropagationind

4、ifferentseasonsanddifferentseaareasaredescribed.Wepointoutvarioushotissues,includingthree-dimensionalsoundpropagationandtheuncertaintyfactorsinvolvedinprop-agationincomplexoceanenvironments.Finally,wediscussanimportantapplication,theadaptivematchedfie

5、ldprocessingmethod.Keywordsunderwateracousticpropagation,oceanenvironment,three-dimensionaleffect,uncertainty,matchedfieldprocessing1引言播衰减都非常大，不能满足人类海洋活动(如水下目标探测、水下通信)等方面的需要。水声环境特近年来，随着人们对海洋的关注以及我国周性是海洋环境对水下目标声信息特征的响应及其边岛屿纷争等迫切的国际形势需求，水声环境特背景特性，其研究主要包

6、括声传播特性、混响特性研究的重要性越发突显出来，又一次成为研究性、海洋环境噪声特性以及作为声场环境条件的的焦点。众所周知，在人们熟知的各种能量形式海洋学特性4个部分。其中水下声传播特性直接中，声波在水中传播性能最好，目前所知的其他反映了声音在水中的传播过程，是水声环境特性能量形式无论是光波还是无线电波等，在水中传研究的基础。水下声传播研究可以追溯到百余年前，1826年达·芬奇在日内瓦湖上利用喇叭状装*国家自然科学基金(批准号：11204344)资助项目置接收到15km处潜水钟发出的响声。经过百余·

7、658··43卷(2014年)10期年的发展，随着计算机科学和数值物理学的发逐渐加深，一般在8月份达到最大。图1是3种典展，水下声传播研究在传播理论、算法模型以型的浅海声速剖面。及不同复杂海洋传播环境等多个方面都获得了对于深海海域声速剖面分布，它大致可以分长足的发展，成为从浅海到深海、从二维空间成三段：(1)在靠近海表面的混合层，声速分布到三维空间的更加全面精细化的研究领域，在呈现强烈的时间和季节性变化——由于受到阳光深海探测、声纳定位、蛙人反恐等多个领域都的照射，表层温度较高，具有负梯度的声速变

8、起到决定性的作用。本文将简要介绍水下声传化，如果刚经过风浪的搅动混合，形成等温层，播的机理和影响因素，列举水下声传播近年来还会呈现出微弱的正梯度分布，构成表面声道，的发展前沿及其在相关的海洋目标探测研究中混合层厚度约为30—100m，同季节性的阳光照的应用。射和风浪搅动混合效果有关；(2)在表面的混合层之下是主斜温层部分，由于较少受到风浪的搅2水下声传播简介动，温度分布主要受日照的影响，从而呈现出比较稳定的负梯度；(3)在主斜温层以下的深度(大[1-3]于1000m)上，海水温度是