表面波導

表面波導是由海洋表面等溫層導致聲速剖面微弱正梯度形成的，表面波導可實現水聲的遠距離傳播，因此，表面波導特性及其聲傳播受到了廣泛關注。Baker和?Schulkin基于實驗數據給出了表面波導中近距離聲傳播損失的經驗公式；Duan?等分析了聲吶在表面波導中主動發射和被動接收時的最優深度，以及表面波導中聲波的波達角問題。夏季的表面波導層很薄并且不穩定，存在強烈的時空變異性，是不穩定的信道。在冬季，表面波導較為明顯，但當聲吶系統在近海面工作時，由于海面混響和近海面噪聲的干擾，目標探測距離有限。

表面波導“陷獲”聲波有頻率的要求。所有波導都存在低頻截止的問題，即存在一個截止頻率——在這個頻率以下，聲能將不能在波導中遠距離有效傳播。在典型深海環境中，表面波導層厚度一般小于?50?m，此時，只有聲波頻率很高時，表面波導才能真正起到波導傳播作用。

表面波導泄露

隨著潛艇降噪技術的不斷發展，潛艇噪聲級顯著降低。同時，消聲瓦的使用，很大程度地減小了中高頻主動聲吶的探測距離，因此聲吶低頻化成為對抗安靜型潛艇的重要手段。表面波導泄露則是低頻信號在深海傳播時一種獨有的傳播現象。

如圖?1?藍色點劃線所示，當低頻聲能在表面波導中傳播時，一定條件下有較強的能量可傳播至深海“聲影區”，從而實現“聲影區”內的水下目標檢測，具有重要意義。Labianca利用簡正波理論刻畫了表面波導中的聲能量泄漏現象，隨后，Murphy?和?Davi又利用射線理論解釋了這一現象。此外，Porter?和?Jensen結合實驗數據說明了聲能量泄漏的重要性。最近，Duan?等分析了表面波導的聲繞射現象的物理機理，并給出能量衰減的速度隨表面波導厚度和頻率變化的表達式。上述研究結果表明，利用表面波導的泄漏能量探測影區中的目標，需要采用低頻信號。

會聚區

當聲源位于海面附近，以較大的俯角發射的聲線，一開始向下彎曲，在深海等溫層隨著聲速的增大，聲線逐漸向上彎曲，最后在海面附近會聚。聲線彎曲形成的高聲強的環帶即為通常所說的會聚區。在大約?30—50?km?跨度處形成第一個會聚區，第一個會聚區寬度約為?4?km，隨著距離增加而不斷增大。

會聚區內的傳播以球面方式擴展，有關會聚區聲傳播的基礎研究包括會聚區強度、距離，會聚區內信號相關性、到達結構等。結合?2013?年在我國南海進行的深海聲傳播實驗數據，Li?等分析了深海?1?800?m?以淺、180?km?距離范圍內的聲場的空間相關性。研究結果表明，當參考聲信號位于會聚區時，深海聲場的空間相關系數隨接收距離和接收深度的分布與傳播損失空間分布結構基本一致；實驗結果顯示各會聚區的水平縱向相關半徑與會聚區寬度一致。

由于聚焦增益的原因，會聚區聲傳播損失小，適合用于遠程目標探測。但同時由于會聚區是周期性的出現，雖然探測距離遠，但是探測盲區大，且存在會聚區模糊現象。

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