基于改进的快速场模型的空气声源跨越空-水界面辐射声场仿真

　　研究空气声源跨越空-水界面的辐射声场特性，对于进一步研究水下对空中目标探测技术具有重要的意义。而对空气中的声源在水下激发的声场，国内外学者相继做了一些研究。在国外，50年代和60年代，Hudimac[1]和Weinstein[2]分别用射线声学和波动理论对这个问题进行了简单分析。到了90年代，Chapman[3]用简正波的方法分析了这个问题，并且用计算水下声场的标准程序经过简单的修正，来计算空气中的声源在水下产生的声场。Kazand-jian[4]也在1994年，对空气中运动的声源产生的水下声场进行了分析。在国内，对这方面问题的研究不多，西北工业大学的马远良教授在70年代曾对这个问题用射线声学的方法进行研究，得到了与Urick的分析相近的结果。鄢锦提出用波束位移简正波方法对海面波浪对空气中声源激发的浅海声场的影响进行仿真计算[6]。但这些方法都存在着各自的问题，如简正波是通过修改各阶简正波的激发系数来计算空气声源激发的水下声场，不能同时计算空气中的辐射声场。且它适合于远距离声场计算，在接收器距离较近时，计算误差较大。另外，空气声源激发的水下声场有侧面波，简正波模型不能包含侧面波部分。这些不便于展开水下对空中目标定位技术的进一步研究。

　　快速场计算模型[5]是从声场计算的积分表达式出发，借助于 FFT 来进行计算。由于它利用 FFT来计算，所以计算速度较快，而且一次可以得到一系列水平距离点上的声场，所以在预报传播损失时非常方便。另外，它在计算声场时，既包含了离散模式部分，又包含了连续模式，因此，对中短距离的声场进行计算的结果，比简正波效果好。为此，我们结合预研课题，开展了该方面的研究工作，并取得了一定的进展[7，8]。本文是在已做相关研究的基础上，给出一种改进的可以处理海底为弹性介质的空气声源跨越空-水界面的辐射声场计算方法。并利用该计算模型，研究空中声源激发的水下声场特性，为水下对空中声目标的探测技术的研究提供依据。

　　1 空气声源的跨越空-水界面的辐射

　　声场快速场计算模型

　　1.1 空气声源辐射声场模型的积分表示

　　如图1所示，为与距离无关的空气声源分层声传播介质示意图。这里，假定对于短距离声传播，海洋介质参数不随水平距离变化，且海表面和海底是平整的。

　　根据水平分层介质中各向同性点声源辐射的声场具有柱对称性，建立柱坐标系，z轴垂直向下。假定单频点声源位于(O，Zs)处，则声压可以写成下面积分表示

　　1.2 建立基于改进的传播矩阵快速场计算模型