谢 骏, 笪良龙, 唐 帅, 范培勤

(海军潜艇学院, 山东 青岛266071)

水声传播通常主要采用窄带传播模型, 即从频域波动方程(赫姆霍兹方程)出发, 求解的是某一频率的声压场[1-2]。随着声纳孔径的增大, 工作频率越来越低, 水声领域也越来越多地采用宽带技术, 宽带波形预报是实现信号级声纳仿真系统的核心技术之一。

本文主要讨论基于 BELLHOP模型建立时域宽带模型的基本原理, 在此基础上, 重点分析 Pekeris环境下脉冲声传播波形预报问题, 并将波形预报仿真结果与BDRM频域宽带波形预报模型的仿真结果进行分析比对。

1 宽带传播模型

宽带技术主要采用频域傅立叶合成法或时域法,如图 1所示。傅立叶合成法是在频率范围内, 以 Δf为间隔(例如 Δf可以为 1Hz)的若干离散频率上多次执行现有的传播模型。然后通过适当的加权平均处理(即内插后置处理器), 将所得到的带宽内各个频率的传播损失加起来, 从而获得相当于整个频带的传播损失。原则上, 通过频域范围内对各个CW解进行傅立叶综合, 频域波动方程就能处理宽带信号。Jensen[3]总结了适合于海洋中低频声脉冲传播实际建模的波动理论技术, 强调了利用现有 CW 传播模型(基于简正波和抛物型方程近似)的傅立叶合成方法, 进行脉冲传播预报的计算效率问题。Jensen[4]进一步研究了这些问题, 将重点放在有泄漏的海面波导中的声传播。Futa和Kikuchi[5]研究了利用有限差分时域(FDTD)方法解决浅海中声脉冲传播问题。张仁和等[6-7]对脉冲信号波形预报进行了研究, 主要基于WKBZ和BDRM理论。……