基于相函数和耦合简正波的高效声传播模型  

An efficient sound propagation model based on phase function and coupled normal modes

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作  者:孙聿超 胡长青[1] 杨雪峰[1] 赵梅[1] SUN Yuchao;HU Changqing;YANG Xuefeng;ZHAO Mei(Shanghai Acoustics Laboratory,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201815,China;University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

机构地区:[1]中国科学院声学研究所东海研究站,上海201815 [2]中国科学院大学,北京100049

出  处:《声学技术》2024年第6期772-781,共10页Technical Acoustics

基  金:国家自然科学基金(12004414);中国科学院上海分院2022年青年英才培育计划。

摘  要:针对水平变化波导中脉冲传播计算效率低的问题,文章提出了一种改进的宽带耦合简正波模型,该模型将简正波本征值满足的相函数表达式与全局矩阵耦合简正波方法相结合,通过对相函数进行公式变换提取频率和深度,将水平变化波导中的宽带本地简正波本征值的计算从频率、深度、本征值实部和虚部的四维寻根降低至本征值实部和虚部的二维寻根,计算效率得到大幅度提高,而全局矩阵耦合简正波方法可以稳定高效地计算水平变化波导声场。因此,这种改进的宽带耦合简正波传播模型在保持准确性的同时,具有更高的计算效率。对水平变化波导的宽带声场进行了数值仿真,结果表明,在斜坡环境声场仿真将海底分成40阶梯或更多时,文中模型在与COUPLE07模型保持相同准确性水平的情况下,计算效率比COUPLE07模型提高了5.9倍以上。An improved broadband coupled normal wave model is proposed to address the issue of low computational efficiency in pulse propagation through horizontally varying waveguides.The phase function expression satisfied by normal mode eigenvalues is combined with the global matrix-coupled normal wave model in this method.The frequency and depth are extracted by transforming the phase function.By reducing the four-dimensional root searching of frequency,depth and real and imaginary parts of the eigenvalues to a two-dimensional root searching of only the real and imaginary parts,the calculation efficiency of local normal wave eigenvalues in horizontally varying waveguides is significantly enhanced.As a result,this improved broadband coupled normal wave propagation model achieves higher computational efficiency while maintaining accuracy.Numerical simulation is conducted on broadband sound field in a horizontally varying sea waveguides,demonstrating that when dividing the seabed into 40 or more,this proposed model exhibits 5.9 times higher computational efficiency compared to COUPLE07 model without compromising accuracy.

关 键 词:相函数 宽带 耦合简正波方法 全局矩阵 本征值 

分 类 号:O427[理学—声学]

 

参考文献:

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引证文献:

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相关期刊文献:

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