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近年来,宽带声场的干涉结构特征在浅海区域得到了广泛的应用,特别是波导不变量,广泛应用在声源定位、地声参数反演、虚拟阵接收、消频散变换等方面。然而海洋环境受到内波等现象的影响往往具有很强的时变性,对声场干涉结构的应用研究来说,分析内波对声场干涉结构的影响有着重要的指导意义。 论文将内波对宽带声场干涉结构的影响分为两部分讨论,即声场干涉条纹斜率和位置的改变,分别对应内波引起波导不变量的时变性和干涉条纹的频率漂移。在内波引起波导不变量的时变性研究中,为了更准确地描述干涉条纹的时变性,将波导不变量表示为概率分布的形式。根据声场简正波理论,从声传播路径分别与内波波阵面平行和垂直两种情况出发,分析和总结了内波对波导不变量取值分布影响的机理和规律。对于内波引起干涉条纹的频率漂移现象,利用微扰法建立了内波特征与声场干涉结构频移起伏对应关系的模型,给出了模型的适用条件,讨论了内波引起声场干涉条纹频率漂移的机理和规律,通过数值分析和海上试验进行了内波参数的声学反演研究,给出一种利用声场干涉结构起伏信息反演内波的途径,并完成了对理论模型的校验。论文的主要结论如下: 1.波导不变量的时变性可以归结为两方面的机理——内波引起接收声场简正波成分的改变,或者是内波引起声场主要简正波的群速度和相速度的变化。内波引起的声场简正波耦合效应以及水平折射效应都可以归结到第1类,而内波引起的简正波群速度和相速度的变化同样可以引起波导不变量的取值变化,特别是在声场的两号主要简正波群速度非常接近的频段。实际上,两种机理是同时存在的,只不过在垂直于内波波阵面的方向,第1类机理起主要的作用,而在平行于内波波阵面的方向,如果不考虑声场的水平折射,第2类机理起主要作用。 2.干涉条纹的频率漂移现象实际上是由于跃层的上下扰动引起的,借助于扰动理论,本文建立了内波特征(可表示为声速剖面的等值线扰动)与声场干涉条纹频移起伏的对应关系模型,当选取频段内简正波的水平波数差是频率的单调函数时,干涉条纹的频移曲线与声速剖面的等值线有着直接的对应关系,这就为声学手段监测内波提供了理论依据,数值仿真和海上试验结果都验证了其可行性。分析表明,在平行于内波波阵面的声传播方向上,干涉条纹的频率漂移曲线与“扫过”声源的声速剖面等值线相对应,而在垂直于内波波阵面的声传播方向上,干涉条纹的频率漂移曲线则对应整个传播路径上的平均声速剖面等值线。 3.由于声场干涉结构是由于波导的频散特性决定,所以波导不变量和干涉条纹的频率漂移都呈现出了明显的频变特性。