随着计算机技术日新月异的发展,目前应用计算机进行仿真研究已经渗透到各个技术领域,也成为水声工程研究的重要手段之一。 本文围绕海洋环境仿真问题展开论述,指出水声传播模型是其核心内容,并从波动方程出发,探讨了在海洋声传播仿真中经常采用的五类理论方法,随后建立了多途信道模型和Pekeries声场模型,最后将仿真模型用于浅海中垂直阵的声学性能的初步研究。 本文利用射线方法构造多途信道的数学模型时,将整个水下声信道看作一个网络,各种水声参数和海洋环境条件作为网络参数,网络的系统函数由本征声线决定。介绍了本征声线的分类方法及其搜索算法,从而能够快速而准确地搜索出全部重要的本征声线。为表征海洋海面、海底上下两个边界的声学特性对水下声传播的影响,采用海面瑞利散射模型和浅海海底三参数模型,对多途信道仿真模型中海面、海底的声学参数进行修正和估计,提高了模型的工程实际应用范围及其精度。 在Pekeries声场模型中,侧面波对近程声场有重要贡献,已发表的公开文献仅对侧面波声场作近似估计,这对侧面波声场的预报误差较大。本文沿用“三段”数值积分算法精确计算侧面波,可以比较精确地预报近程声场。在Pekeries声场中,本文还对比了波动理论、简正波和射线三种方法的预报结果,给出了后二种方法的近似程度。只考虑简正波声场不适合近程声场预报,而仅适合10倍海深以远距离声场预报。射线模型适合高频声场预报,当kh>100时,其声场预报有足够高的精度。采用Pekeries声场模型,理论分析与海(湖)试结果也合理地一致。 垂直阵可用于低辐射噪声测量、浅海声学研究和目标探测等。在用垂直阵测量目标噪声,进行声场校正的过程中,角度谱的解算是关键,本文利用上面建立的两个传播模型在此方面作了初步的探索。