浅海水中振动目标激励下海底波的传播特性研究

发布时间：2020-04-17 19:38

【摘要】：本文介绍了浅海舰船地震波传播的背景和在目标探测方面的应用,阐述了在浅海舰船地震波方面国内外的研究历史和发展现状。提出利用舰船辐射声信号在海底引起的地震波对水中探测目标的定位方法。首先通过均匀弹性介质中二维弹性波动方程建立海底模型用以模拟理想海底弹性波传播过程;通过均匀声学介质中的二维声波动方程建立浅海声学模型用以模拟理想海水中声传播过程。在海洋-地球模型的基础之上引入流-固边界条件的设定,模拟在海底界面附近向远处传播的地震波场。通过引入有限差分网格中数值频散的消除算法对海底地下波场中引起的数值频散消除和补偿,进而通过对仿真得到的海底地下波场进行有效的数据提取和数据变换,研究了浅海流-固界面附近地震波的极化特性,对体波和肖尔特波加以辨识和区分,但其中由于地层衰减和源距不够长,使得横波的时差不易提取。在界面上的平行方向和界面以下深度方向上,分别根据软硬程度不同的三种介质将肖尔特波在质点振速水平、垂直两分量上的传播衰减特性以图、表的形式进行研究和分析。同时研究了肖尔特波在流-固界面上的频散特性和浅海海底地震波中肖尔特波的能量分布。在浅海海底流-固界面上,肖尔特波在各个波列中传播速度最慢、频率最低,随着源距增加,能量变为最大,且传播距离最远,易识别;纵波在各个波列中传播速度最快、频率最高,随着源距增加,能量迅速衰减为最小;而横波在各个波列中的传播速度、频率、能量分布在肖尔特波和纵波之间,且源距较小时,不易识别。因而在浅海利用海底界面波对目标进行探测具有广泛的应用价值。最后通过在海底介质参数已知的情况下仿真得到的海底界面附近的地震记录,结合海底界面上方的水听器和界面下方的地震波传感器,研究利用舰船等水中目标在海底引起的地震波实现对水中目标探测定位。
【图文】：

示意图,差分,步长,方向

- 8 -方用差分公式近似代替，这样问题就变为了求解代数计算问题。差分格式可以分为向前差分、向后差分、中心差分。如图2.1为差分步长和方向。图2.1 差分步长和方向示意图Fig. 2.1 Differential step size and direction diagram（1）向前差分 =( + ) ( ) （2-9）（2）向后差分 =( ) ( ) （2-10）（3）中心差分=( + ) ( )2 （2-11）以上三种差分均可以由泰勒展开的方法获得。例如从式（2-8）中提取出下式（2-12）：=1+1 （2-12）在对式（2-12）进行有限差分离散时，、分别在和方向上进行中心差分处理，在时间上进行中心差分处理，这样的差分方式并不像我们所想象的那么简单，因为在一个二维坐标系中，已经限定了只有和两分量方向，时间不在二维坐标系中，在仿真中，将进行离散化后，每次的离散点都要求取一次和的离散值

顺序图,应力计算,顺序,节点

、是由、和进行求取，而、和又是由上一时间层的、进行求取，因此为了能够提高模拟计算的精度，应力、和在整数倍时间节点上求得，，速度、在半个时间节点上求得，如图2.2表示速度、应力计算顺序。图2.2 速度、应力计算顺序Fig. 2.2 Velocity and stress calculation sequence
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U674.7

【参考文献】