大粗糙度起伏下一維海面聲散射建模與分析

周 江，王 斌，王文歡，范 軍

(1.上海交通大學(xué)，上海 200240；2.海洋智能裝備與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240)

0 引 言

起伏海面的聲散射特性研究在水聲通信、主動聲吶探測和水聲對抗等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-5]。對于中遠(yuǎn)距離的聲場傳播問題，大入射角甚至掠入射條件下的起伏海面聲散射特性一直是研究的重點(diǎn)之一。然而，對于水面目標(biāo)或水面附近目標(biāo)如水面艦船、水下航行器等的聲吶探測和預(yù)警問題，考慮到海面與目標(biāo)之間復(fù)雜的相互作用，需要對起伏海面的聲散射進(jìn)行建模與分析，尤其是小入射角下大粗糙度起伏海面的多次聲散射不容忽視。近年來國內(nèi)外對粗糙海面的聲散射發(fā)展了多種精確和近似的解析方法，主要有：可以近似計算絕對軟邊界條件下粗糙海面散射聲場的積分方程法[6-7]，其優(yōu)點(diǎn)是考慮了多次散射和影區(qū)的貢獻(xiàn)，但因其計算量較大無法應(yīng)用于工程中；當(dāng)隨機(jī)起伏方差和相關(guān)長度遠(yuǎn)小于入射波波長時，適用于低頻近似條件的小尺度起伏粗糙面的微擾法[8-10]；當(dāng)粗糙面平均曲率半徑遠(yuǎn)大于入射波波長、隨機(jī)起伏方差和相關(guān)長度遠(yuǎn)大于入射波波長時，適用于高頻近似條件下的大尺度起伏粗糙面的基爾霍夫近似(Kirchhoff Approximation,KA)方法[11-15]等，其優(yōu)點(diǎn)是形式簡單，但是不能計算小入射角下大粗糙度起伏海面的多次聲散射；可以近似計算均方根斜率較小的粗糙面散射聲場的小斜率近似法[16-17]。隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，一系列數(shù)值計算方法如有限元方法[18]、邊界元方法[19]等也可用于起伏海面聲散射計算，但是由于網(wǎng)格劃分工作量巨大，僅適用于低頻計算?！?br>