Page 113 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 张鹏等： 多项式混沌展开的浅海水声环境参数敏感度分析 431

要的声场能量，此时声源深度的影响程度也逐渐增 对声场分布也有较大的影响。其他环境参数的影响
强，对应图6中随频率变化的环境参数敏感度。 基本可以忽略。(2) 对于下发下收的情况，声源深度
对声场分布的影响随着频率的升高不断增加，与之
4.5
相反的是沉积层声速敏感度指数逐渐降低。
ଉ࠱ᝈ 5°
4.0
ଉ࠱ᝈ 11°
最后利用射线理论从海底反射的角度解释了
3.5
各个环境因素影响程度差异的具体原因。理论分析
3.0
ಖюࣀ 2.5 与计算结果较吻合，结果表明该方法可以有效地处
2.0 理大量随机环境参数情况下的声场不确定性量化
问题，并识别出对传播损失最有影响力的参数。在
1.5
1.0 声呐应用中，根据实际使用条件，综合考虑环境参
0.5 数对声场分布的敏感性，忽略敏感度较低的环境参
500 1000 1500 2000 2500 3000
ᮠဋ/Hz 数的变化性、关注对声场不确定性影响较大的环境
(a) ಖюࣀˁᮠဋᄊТጇ 参数，可更精确预报和提升声呐系统的性能。下一
7 步将在更加复杂的情况，如三维海洋环境和内波等
ଉ࠱ᝈ
ଉ࠱ᝈ 5°
6 ଉ࠱ᝈ 水平变化环境，对文本所用分析方法的有效性进行
ଉ࠱ᝈ
ଉ࠱ᝈ
ଉ࠱ᝈ
ଉ࠱ᝈ
ଉ࠱ᝈ 11°
5 验证。
4
کϙ
3
参 考 文 献
2
1
[1] Stojanovic M, Preisig J. Underwater acoustic communi-
0 cation channels: propagation models and statistical char-
500 1000 1500 2000 2500 3000
acterization[J]. IEEE Communications Magazine, 2009,
ᮠဋ/Hz
47(1): 84–89.
(b) کϙˁᮠဋᄊТጇ
[2] Zhou Y, Song A, Tong F. Underwater acoustic chan-
图 10 掠射角为 5 和 11 时海底反射损失标准差、 nel characteristics and communication performance at
◦
◦
均值与频率的关系 85 kHz[J]. The Journal of the Acoustical Society of Amer-
Fig. 10 The relationship between the standard ica, 2017, 142(4): 350–355.
[3] Lermusiaux P F J, Xu J, Chen C F, et al. Coupled
deviation, mean value and frequency of bottom
ocean–acoustic prediction of transmission loss in a con-
reflection loss
tinental shelfbreak region: predictive skill, uncertainty
quantification, and dynamical sensitivities[J]. IEEE Jour-
3 结论 nal of Oceanic Engineering, 2010, 35(4): 895–916.
[4] Kessel R T. A mode-based measure of field sensitivity
to geoacoustic parameters in weakly range-dependent en-
本文将 Sobol 敏感度指标的计算与混沌多项式
vironments[J]. The Journal of the Acoustical Society of
展开方法相结合，根据设定的 “水下负梯度温跃层” America, 1999, 105(1): 122–129.
信道模型，利用 Q 范数约束的双曲截断方案来减少 [5] Dosso S E, Giles P M, Brooke G H, et al. Linear and non-
linear measures of ocean acoustic environmental sensitiv-
多项式展开项数，有效地分析了 8 个海洋环境参数
ity[J]. The Journal of the Acoustical Society of America,
及其交互效应对不同声源位置、传播距离和声源频 2007, 121(1): 42–45.
率的声场不确定性分布的影响及 Sobol 敏感度指数 [6] Dosso S E, Morley M G, Giles P M, et al. Spatial field
shifts in ocean acoustic environmental sensitivity analy-
代表的影响程度，计算结果表明：(1) 对于 20 km 以
sis[J]. The Journal of the Acoustical Society of America,
内较近的传播距离内，上发下收和下发下收两种情 2007, 122(5): 2560–2570.
况下各个环境参数都对声场不确定性分布有较大 [7] James K R, Dowling D R. A method for approximat-
ing acoustic-field-amplitude uncertainty caused by envi-
的影响，在20 km后的远场，沉积层声速是声场不确
ronmental uncertainties[J]. The Journal of the Acoustical
定性分布的最主要贡献，同时上发下收时，声源深度 Society of America, 2008, 124(3): 1465–1476.