耦合简正波声场计算方法研究

发布时间：2020-06-03 22:24

【摘要】：随水平距离不变和变化比较缓慢的海洋介质声传播问题，理论和计算模型很多，但是对于水平变化相对较大的海洋介质中的声传播问题，则需要考虑水平介质的变化对声场的影响。结合目前计算精度比较高的耦合简正波理论，本文采用耦合简正波—抛物方程理论进行水平变化海洋介质的声场计算。 本文主要阐述在水平变化波导中耦合简正波-抛物方法(CMPE)理论的推导过程，对水平变化波导模型的建立和求解进行了详细研究和讨论。文中详细推导了柱坐标对称情况下的CMPE理论以及便于应用数值计算的耦合系数表示形式，并在二维的基础上，对三维情况下的CMPE理论进行简要的推导。 在柱坐标系下，本文直接推导密度具有二维变化性质下的CMPE理论。针对密度水平弱变化或仅有垂直变化的情况，通过简化耦合系数，得到便于利用本地简正波本征函数进行数值计算的形式，并得到相应的CMPE声压表达式。本文利用计算得到的耦合系数并通过抛物方程方法得到相应的简正波幅度表达式。 本论文采用Fortran语言编写耦合简正波—抛物方程方法的计算程序，并与国际上流行的耦合简正波程序包Couple07的计算结果进行了比较，分析误差产生的原因，主要有三方面：本论文中调用的Krakenc计算的简正波阶数不够、本文方法在调用Krakenc过程中计算的本征值和本征函数不够精确；本文中采用的阶梯近似也不可避免的在声场的数值计算过程中引入误差。
【图文】：

01=nnrzρ, cρ′, c′图 3.4 阶梯近似下垂直界面两侧介质参数的不连续性示意图耦合简正波—抛物方程理论角坐标系下 CMPE3D 简要推导献[9]、[38]和[39]，对密度仅仅是垂直坐标 z 函数的水平变化的三维进行了简要的推导。对于如图 3.5 所示的波导情况，直角坐标系下的 C体如下所述：

[][](2[][][])[]22+= + = + φφVVyByBixxy取(,)(,)(,)vxyuxyxynnnφ =，则：[][](2[][][])[]0[]2122+= + = + VVuyByBuixuxy形式上满足文献[40]中的三维抛物方程形式，具体求推导中的水平函数所满足的抛物方程求解方式类似，系下 CMPE3D 简要推导数所满足的抛物方程求解方式类似，但考虑到在许多处理更容易或者声源常常满足柱对称的情况，，因此三坐标系和柱坐标系。对于如图 3.6 所示的波导，柱坐θ r0
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P733.2

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 雪夫钦科,严方,吴芳,周逊;圆介质参考波导特征方程的近似式及其应用[J];光学学报;1991年07期

2 彭朝晖,李风华;基于WKBZ理论的耦合简正波-抛物方程理论[J];中国科学(A辑);2001年02期

3 陈治国,张星,章新华;海洋声场预报及战术应用[J];舰船科学技术;2005年04期

4 王宁,刘进忠,吴德星;简正波耦合机理与(广义)射线简正波转换[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2004年05期

5 王好忠;王宁;高伟;;一种局地简正波快速求解方法——耦合简正波计算[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2009年01期

6 孟昭文,李维嘉,胡长青;海洋声场预报研究和工程应用[J];声学技术;2002年03期

7 彭朝晖,张仁和;三维耦合简正波-抛物方程理论及算法研究[J];声学学报;2005年02期

相关会议论文 前1条

1 彭朝晖;;三维耦合简正波-抛物方程理论[A];中国声学学会2003年青年学术会议[CYCA'03]论文集[C];2003年

相关硕士学位论文 前2条

1 何永军;浅海距离有关波导耦合简正波数值建模[D];哈尔滨工程大学;2005年

2 李国花;耦合简正波快速算法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

本文编号：2695487