Page 167 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 贾雨晴等： 浅海复杂环境下等效声速剖面的构建方法 627

ˆ
为 80 km；仿真频率中心频率为 400 Hz；海底采用 式(11)中，TL(z i )和TL(z i ) 分别代表水平均匀和非
两层介质模型，海底声速为 1800 m/s，海底密度为 均匀环境下接收位置处的传播损失，z i 代表深度。
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1.7 g/cm ，海底衰减系数为 0.5 dB/λ，沉积层厚度 均方根误差也称为标准误差，可以用该值来衡量观
为 3 m，上下表面声速为 1600 m/s，沉积层密度为 测值与真值之间的误差，该值越小，说明观测值与真
1.6 g/cm ，沉积层衰减系数为 0.5 dB/λ。水平均匀 值越接近。在这里，以水平均匀环境下得到的传播
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环境下设定的声速剖面如图8所示。 损失为标准值，仅以均方根误差的数值来分析两种
环境下传播损失的差异性。
0
图 11 表示了收发距离 80 km 内，两种模型下
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传播损失随深度变化的均方根误差。图 11(a) 声源
10
15 10
ງए/m 20 20 ඵࣱکӉ

25 30 ඵࣱ᭤کӉ
40
͜୧૯ܿ/dB
30 50
35 60
40 70
1520 1525 1530 1535 1540 1545 1550
ܦᤴ/(mSs -1 ) 80
90
图 8 水平均匀环境下的声速剖面 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Fig. 8 Sound speed profile in a horizontally uni-
4
ᡰሏ/T10 m
form environment (a) ܦູງए10 m
为探究声源位置及收发距离对声场传播损失 10
的影响，将声源深度分别位为跃层上 (10 m)、跃层 20 ඵࣱکӉ
30 ඵࣱ᭤کӉ
中(20 m) 及跃层下 (35 m)，接收深度均为 15 m，对
40
收发距离 80 km 的声场进行仿真。得到水平均匀及 50
水平非均匀两种模型下的传播损失随距离及深度 ͜୧૯ܿ/dB 60
的变化图，如图9、图10所示。 70
由图9、图10可以看出，当声源位于跃层中下层 80
90
时，其两种模型下激发声场的传播损失差别相差较
100 0 1 2 3 4 5 6 7 8
大。可从简正波的角度对以上现象进行分析：低号
ᡰሏ/T10 m
4
简正波对声速剖面变化较为敏感，而低号简正波只 (b) ܦູງए20 m
有深处声源 (跃层以下) 被激发，也就是说在深处声 20
源所激发的声场中，低号简正波起主要作用，从而导 30 ඵࣱکӉ
ඵࣱ᭤کӉ
致深处声源所激发的声场对声速剖面变化较为敏 40
感；而浅处声源 (跃层以上) 只激发高号简正波，因 50
此，深处声源激发的声场更易受到声速剖面变化的 ͜୧૯ܿ/dB 60
影响，导致声场的差异性 [14] 。 70
为了对接收位置处的水平均匀及水平非均匀 80
90
两种情况下的传播损失进行分析，运用均方根误差
100
(Root mean square error, RMSE) 来表示两种情况 0 1 2 3 4 5 6 7 8
4
ᡰሏ/T10 m
下的传播损失偏差，定义均方根误差为
(c) ܦູງए35 m
v
u N
1 图 9 传播损失随距离变化图
u ∑ 2
ˆ
RMSE = t TL(z i ) − TL(z i ) , (11)
N
i=1 Fig. 9 Transmission loss varies with distance