随着极地航道的开发,北极的战略地位变得更为凸显,而极地大部分地区常年被冰雪覆盖,因此在该水域内的冰下一系列活动均需要水声技术手段的支持。极地极端的气候环境以及复杂的水声环境,使得研究极地水声技术变得困难重重。声场的预报与仿真是进行海洋科学考查的基础。在极地地区,由于上边界面被冰雪层所覆盖,声音的传播受到了冰雪层反射的影响,而其反射过程因冰、雪层复杂的结构和物理特性变得极其复杂,因此冰雪层下的声场预报与无冰区相比更为困难。针对这些问题,本文首先简化冰层为均匀弹性体,建立“空气-冰层-水”、“空气-雪层-冰层-水”模型,理论分析计算了不同覆盖层模型下,上边界面对声波的反射、散射作用,并总结了冰层厚度、雪层厚度、声波频率等变量对反射系数的影响。冰雪覆盖层是一个二维随机粗糙面,本文研究了海冰起伏的原因与生成龙骨的状态,将海冰起伏分为小尺度起伏和大尺度起伏。同时介绍了常见模拟海冰吃水轮廓线的方法,并使用蒙特卡洛方法建立基于特征统计参量的海冰起伏的模型。基于射线理论建立冰雪覆盖下水声信道模型,同时对相同条件下绝对软界面下的水声信道、冰层覆盖下的水声信道、冰雪层覆盖下的水声信道进行差异性对比研究,并通过声线轨迹、传播损失和信道冲激响应三个方面分析了冰下信道的特点。在较高频率、较厚覆盖层情况下,近似冰面反射系数仅随入射角变化,分析对比起伏冰雪层和平面冰雪层覆盖下水声信道的水平相关性和垂直相关性。