亂流性海洋中波傳播對波束合成之點聲源偵技術產生的影響

Abstract

在本論文中，我們探討了非均勻背景之亂流性海洋中聲波的傳播，進而了解其對富氏 波束合成與富氏目標定向所產生的影響。 首先，我們由Helmoltz方程式，推導出射線方程式，並提到在非均勻背景之亂流性海 洋中，計算擾動相位的方程式，由此方程式可推導高頻率聲波，由聲源傳播至聲納陣 列中各個hydrophone，其累積相位的方差，與任意兩個hydrophone接收的聲波相位之 協方差函數。由擾動相位的方差與協方差函數的聲波相位之協方差函數。由擾動相位 的方差與協方差函數，我們得到了任意兩個array element ，接收相位差之標準偏差 。 其次，我們探討了亂流性海洋對富氏波束合成的影響，由於本研究中聲源不是位於無 窮遠處，垂直聲速分佈也會影響聲波累積相位，所以富氏加權係數會與聚焦點角度和 深度有關，而且也要隨著聲速分佈特性來調整，才能使波束圖聚焦在所需的角度上。 況且海洋亂流性會擾動聲波相位，而造成波束圖失真。由陣列接收相位之統計特性， 我們畫出了均勻與非均勻兩種背景之亂流性海洋中，失真之波束圖。由結果顯示，亂 流性海洋造成了接收相位之擾動，而使得波束寬度增加，聚集點增益與firstsidel－ obe level 降低，而且非均勻背景會加深影響程度。同時，我們也發現聚焦點角度較 小的波束圖，失真的程度較嚴重。 接著我們利用擾動相位模擬的方法，探討了在均勻與非均勻兩種背景之亂流性海洋中 ，富氏目標定向法所受到的影響。結果顯示：尋找角度較小的聲源，受到亂流性的影 響較嚴重，估測角度偏離量與3db 波束增加率較大，而且非均勻背景會增加其影響程 度。