Page 33 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 殷丽君等： 浅海近程混响的振荡现象 829

频程宽带滤波、20 ms 时间窗平滑和 20 组接收信号
0 引言 平均处理后得到。从图 2 可以看出，2015 年混响实

验的声源脉宽分别为 0.1 s、0.5 s 和 2 s，0.28 s 之前
浅海混响主要是由海底散射引起。混响强度
的混响强度衰减趋势存在稳定的振荡现象，随时间
振荡现象已经在不同的混响实验中被观测到，Cole
推移混响强度振荡周期保持不变，且脉宽对这一振
等 [1] 将一种混响强度在时域上表现出的振荡模式
荡模式影响不大，在 0.28 s 之后，随着混响强度减
类比于洛埃镜效应，随着声源脉宽增加，这种混响强
小，振荡现象不明显。文献 [1] 指出声源脉宽变宽，
度振荡现象会逐渐减弱并消失。Yang 等 [2] 将一次
散射声场相干叠加形成的混响强度起伏现象逐渐
混响实验中发现的混响强度振荡现象与海底地形
消失，由此可以确定本文实验中观察到的振荡现象
起伏联系起来，其中混响强度峰值来源于地形突出
不是由散射能量相干叠加造成的。图3 给出了2016
部分的散射作用，混响强度谷值则是地形凹陷部分
年实验中测得的脉宽分别为 0.1 s、0.5 s、2 s 和 4 s
的散射作用。为研究混响强度及其衰减规律与脉宽
对应的混响强度时间序列，可以从中发现与图 2 给
的关系，苏哈列夫斯基 [3] 验证了短脉宽下远程混响
出的混响强度类似的特性。图4 将两次混响实验中
强度与脉宽成正比，在此基础上，裘辛方 [4] 指出近
0.5 s 脉宽声源对应的混响强度求导结果进行比对，
程混响的饱和趋势不仅取决于苏哈列夫斯基所指
通过对比可以发现，由于两次混响的实验环境不同，
出的波阵面扩展和海水吸收，也与散射界面或散射
2016 年测得混响强度衰减速度明显快于 2015 年，
层的掠射角特性及收发换能器的垂直指向性有关。
此外，吴金荣等 [5] 通过数值计算发现影响浅海近程 0 0
混响衰减规律的主要因素是海底散射特性，海底倾
20 20
斜角对混响平均强度衰减特性影响较小。
2015 年和 2016 年在南中国海进行的两次浅海 40 40
混响实验均发现了稳定的混响强度振荡现象。实测 ງए/m ງए/m
混响数据结果显示，随时间推移和声源脉宽改变，混 60 60
响强度幅值及振荡周期保持不变，这与文献[1–2]所
80 80
揭示的混响振荡现象有所差异。此外，两次实验得
1530 1535 1540 1525 1530 1535 1540 1545
到的混响强度振荡周期几乎是一致的，由于两次实 ܦᤴ/(mSs -1 ) ܦᤴ/(mSs -1 )

验海深及收发深度相近，且振荡周期与相邻散射路 (a) 2015ࣲ (b) 2016ࣲ
径在海底与海面之间垂向往返的时延一致，为此，本 图 1 实测声速剖面
文猜测这一现象与短距离内的声线多途有关。为分 Fig. 1 Sound profile measured during experiment
析浅海近程混响信号结构及其特性，本文在射线理
-30
论基础上给出了一种浅海近程混响模型，其中，小斜 0.1 s
-40
率近似用来计算海底粗糙界面散射过程。 0.5 s
2.0 s
-50
ຉ־ूए/dB
1 实验现象 -60

在 2015 年和 2016 年，中国科学院水声环境特 -70
性重点实验室的研究人员在南中国海较为平坦的 -80
浅海海区进行了两次单站混响实验。两次实验期间 -90
测得海区声速剖面在图 1 中给出，两海域深度分别 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
௑ᫎ/s
为88 m和86 m，收发深度均为32 m，发射声源均为
图 2 2015 年测得的不同脉宽声源对应的混响强度
不同脉宽的260 Hz单频信号。 时间序列
图 2 和图 3 分别给出了 2015 年和 2016 年两次 Fig. 2 Reverberation level time series for different
海试测得的混响结果，每条混响强度曲线经 1/3 倍 pulse lengths measured in 2015