matlab对声场仿真,基于声线模型的水声传播MATLAB仿真.pdf

基于声线模型的水声传播MATLAB仿真.pdf

科技广场 2007.9

基于声线模型的水声传播MATLAB仿真

熊光耀杨琴

Ciong GuangyaoYang Qin

(江西中医学院计算机系，江西南昌 330006)

( 330006)

摘要:本文首先阐明了声在海水中传播的声速模型和声线模型，通过深入分析模型的特性，提出了使用MATLAB的计

算机仿真方案，接着对春季、夏季和冬季3种情况分别进行仿真，取得了较好的效果。

关键字:声线模型;水声; MATLAB;仿真

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1671-4792-(2007)9-0093-02

Abstract:

the final experiment has achieved good results.

Keywords:Voice Model; Underwater Acoustic; MATLAB; Simulation

0引言以视为常数。表面层以下为主跃变层，不同海域主跃变层的

近年来，随着对水下无线通信日益增长的需求，水声传深度相差很大，在主跃变层水温从表温下降至1℃。工程上

播研究也越来越受到重视，关于水声传播的理论研究也比较一般以水温1℃的深度为界，区分主跃变层和深海等温层。在

完善。水声传播除在军事上的应用外，也广泛应用于商业。深海等温层，水温维持在1℃左右，由声速计算公式(1)可

1 声速剖面与声线模型知，海水深度成为声速的决定因素。

声波是目前唯一能在海洋中远距离传播的能量辐射形主跃变层与深海等温层的边界为声道轴，此位置对于声

式。作为信息载体的声波，在海洋中形成的声场时空结构，波在海水中的传输具有很重要的意义。作为声速的极小值

是水声通信信道研究的基本内容。声波在水下的传播特性对点，声道轴向上向下声速都会增加。当水声设备在声道轴附

于水声通信系统的设计十分重要。声波在海洋中传播的速度近发射声波时，由于海水中渐变的折射率，射向其它方向的

声波会向声道轴位置聚拢。因此在声道轴附近发射的声波，

c由下式确定: 即使功率不大也能传输很远的距离。

其中p为声压，ρ为海水密度，Ka为绝热压缩系数。由声波作为机械波，不仅频率较低，而且是一种纵波。但

于ρ、Ka是温度、盐度、静压力的函数，所以海水中声速也声波在水中的传播也是一种波动过程，可以用波动方程进行

是温度、盐度、深度的函数。描述。对于理想均匀介质小振幅声波的三维波动方程为:

计算海水中声速的公式很多，目前常用的为威尔逊公

式、乌德公式等。考虑到计算精确和简便的要求，本文中应，其中P为声压，c为声速，为拉普拉斯算子。

用的声速公式为:

2 3 在经典射线声学的范畴内，对声场的描述是由声线来传

c=1449.2+4.6T-0.055T+0.00029T+(1.34-0.01T)(S-35)

+0.016z (1) 递能量的。从声源出发的声线按照一定的路径到达接收点，

其中T为摄氏温度，S为盐度千分数，z为深度。由公式接收到的声能是所有到达声线叠加的结果。由于声线都有一

(1)可知:海水中的声速并不是均匀分布的。研究信号在海定的路径，相应的就存在一定的到达时间和相位。每根声线

水中的传播，与某个具体点的声速关系不大，而需要的是信管携带的能量守恒，声线强度由声线管的截面变化而确定。

号经过路径上声速的分布情况。对于确定海域，盐度S虽有

小幅变化，但由于盐度S对声速影响不显著，所以可近似认

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