一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法。該方法將聲線軌跡轉(zhuǎn)化為出射角度俯仰角α和方位角β的函數(shù)；在聲線鄰近區(qū)域引入坐標系(s,α,β)；建立射線中心坐標系(s,n1,n2)與坐標系(s,α,β)之間的映射關系；將波動方程在射線中心坐標系(s,n1,n2)下的解轉(zhuǎn)換為坐標系(s,α,β)下的形式。本發(fā)明用于三維水聲信道仿真，中間環(huán)節(jié)少，計算量小，使用簡便。
【專利說明】一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法。
【背景技術】
[0002]水聲系統(tǒng)的研制周期長、投資大、實驗復雜，在研制過程中，利用計算機進行仿真，預估聲場環(huán)境對系統(tǒng)性能的影響，可以縮短研制周期、節(jié)省經(jīng)費、提高效率，是水聲系統(tǒng)研制的重要技術手段。隨著計算機科技的迅速發(fā)展，仿真技術在水聲領域得到了迅速發(fā)展。
[0003]射線聲學理論由于具有物理圖像清晰、計算速度快、適用范圍廣等諸多優(yōu)點，在水聲學中有著廣泛的應用。隨著研究的不斷深入，利用射線聲學方法執(zhí)行計算的性能也在持續(xù)地提高，其應用范圍也將更加廣泛。
[0004]隨著聲吶系統(tǒng)變得越來越復雜，三維建模也顯得更加重要。三維射線聲學方法可以滿足水聲設備距離不斷增加和信號處理新方法對遠距離聲場預報提出的要求。采用射線聲學理論對水聲信道進行仿真，在工程應用上具有重要意義。
[0005]高斯束方法引自地震領域，高斯束是波動方程的高頻近似解，這種方法將波動方程與射線方法緊密的結合了 起來，避免了人為因素對聲線軌跡的影響，對臨界區(qū)、陰影區(qū)都有較好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，以實現(xiàn)利用該高斯束方法對三維水聲信道的計算仿真。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0008](I)將聲線軌跡轉(zhuǎn)化為出射角度俯仰角α和方位角β的函數(shù)；
[0009](2)在聲線鄰近區(qū)域引入坐標系(S，α，β );
[0010](3)建立射線中心坐標系(s, η” η2)與坐標系(S，α，β )之間的映射關系；
[0011](4)將波動方程在射線中心坐標系(S，ni，n2)下的解轉(zhuǎn)換為坐標系(S，α，β)下的形式；
[0012](5)計算接收器或采樣點與聲線數(shù)據(jù)點rQ(sN, α 0, β 0)在t (s)、G1 (s)、e2 (s)方向上的距離tra=(S s，ni，n2)，并利用射線中心坐標系(s，ni，n2)與坐標系(S，α，β)之間的映射關系，將接收器或采樣點在61 (s)、e2 (s)方向上的距離!^與^改寫為在a (s)與β (s)方向上的角度差α與β ;
[0013](6)使用在a (s)與β (s)方向上的窗函數(shù)代替波動方程解中與(α，β)有關的項，對波動方程的解進行簡化計算。
[0014]聲線軌跡rQ(s)、rM(s),兩條聲線軌跡彼此相鄰，ejs), e2(s)為垂直于聲線rQ(s)的平面上的兩個單位正交向量，t=dr0/ds為指向聲線傳播方向的單位向量，則單位正交向量t(s)與O1(S)A2(S)構成了射線中心坐標系(S，II1,分別表示延Wshe1(S),e2(s)軸方向上的距離。[0015]聲線rM(s):rM=r0 (s) +Ii1G1 (s) +n2e2 (s) ?
[0016]波動方程為:
【權利要求】
1.一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，其特征在于: (1)將聲線軌跡轉(zhuǎn)化為出射角度俯仰角α和方位角β的函數(shù)； (2)在聲線鄰近區(qū)域引入坐標系(S，α，β); (3)建立射線中心坐標系(s，ni，n2)與坐標系(S，α，β)之間的映射關系； (4)將波動方程在射線中心坐標系(S，ni，n2)下的解轉(zhuǎn)換為坐標系(S，α，β)下的形式； (5)計算接收器或采樣點與聲線數(shù)據(jù)點!Ttl(sN,α 0, β 0)在t(s)、ejs)、e2(s)方向上的距離Κδ s，ηι，n2)，并利用射線中心坐標系(s，ni，n2)與坐標系(S，α，β )之間的映射關系，將接收器或采樣點在O1(S)^2(S)方向上的距離叫與巧改寫為在a (s)與β (s)方向上的角度差α與β ; (6)使用在a(S)與β (S)方向上的窗函數(shù)代替波動方程解中與(α，β)有關的項，對波動方程的解進行簡化計算。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，其特征在于:所述的聲線軌跡A(S)、rM(s),兩條聲線軌跡彼此相鄰，ejs), e2(s)為垂直于聲線A (s)的平面上的兩個單位正交向量，t=dr0/ds為指向聲線傳播方向的單位向量,貝U單位正交向量t (s)與G1 (s), e2 (s)構成了射線中心坐標系(s, Ii1, n2), s, n1； n2分別表示延t (s), G1 (s),e2(s)軸方向上的距離。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，其特征在于:所述的聲線 rM(s):rM=r0 (s) +Ii1G1 (s) +n2e2 (s)。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，其特征在于:所述的波動方程為:
5.根據(jù)權利要求4所述的一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，其特征在于:
6.根據(jù)權利要求7所述的一種適用于三維水聲信道仿真的高斯束方法，其特征在于:
【文檔編號】H04B17/00GK103763045SQ201310652186
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】卞紅雨, 劉光宇, 仇松林, 孫慧娟 申請人:哈爾濱工程大學