BELLHOP手册和程序日志.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：13.81M 资料格式：doc 举报版权申诉

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1、BELLHOP 程序概图

1.1 输入

1.2 输出

1.3 计算参考文件

2、声速剖面与声线轨迹

2.1 案例1：2011年原文档算例。

2.1.1 环境文件

2.1.2 第一步：绘制声速剖面

2.1.3 第二步：计算声场并检查输入文件

2.1.4 第三步：绘制声线轨迹

2.2 案例2：2018.8.3算例。

2.2.1 环境文件：MunkB_ray.env

2.2.2 第一步：绘制声速剖面

2.2.3 第二步：计算声场

2.2.4 第二步：绘制声线轨迹

3 本征声线绘制

4 传播损失

4.1 相干传播损失（TL）基本算例

4.2 相干、半相干和非相干传播损失（TL）

5 指向性声源

6 边界随距离变化

6.1 分段线性边界：Dickins海山

6.2 绘制单波束

6.3 曲线拟合边界：抛物线海底

7 反射系数表

8 随距离变化的声速剖面

9 到达计算和宽带结果

9.1 相干和非相干TL

9.2 绘制脉冲响应图

9.3生成接收时间序列

10 致谢

海洋声场计算指南

（一）本不想翻译，因为读者若要成为未来的水声物理专家或者海洋学专家，英文阅读是一项基本能力。不过有很多非水声物理专业和非海洋学专业的人员或低年级学生困如热锅之蚁，渴切迫望熟悉海洋声场模拟和研究领域。于是利用闲暇将原英文稿件翻译成可以较快上手的中文版本，以饷急需。未来的声学-海洋学专家们就直接从外文文本上手可以了，啃下一、两册来，本专业的中文、外文均就基本上道了。（二）

BELLHOP 手册和用户指南草案初稿 Michael B. Porter 热、光和声音研究公司美国加州拉荷亚 1-31-2011

摘要 BELHOP 是用于预报海洋环境中声压场的一种波束追踪模型。波束追踪结构导向了一种特别简单的算法。基于几何和物理扩展规律，应用了包括高斯形状和草帽形状等几种波束。BELLHOP 可以产生各种有用的输出，包括传输损失、本征射线、到达声线、接收时间序列。它允许顶部、底部边界（海面测高和海底测深）和声速剖面随距离变化。也允许指定声源的指向性和边界介质地声属性的文件作为输入附件，还可提供顶部和底部反射系数文件。BELLHOP 采用 Fortran, Matlab, 和 Python 语言实现，并可应用于 Mac, Windows, 和 Linux 等多种操作系统。本报告描述其代码并说明其用法。

1、BELLHOP 程序概图 1.1 输入图 1 BELLHOP 模型结构。 BELLHOP 整体结构如图 1 所示。必须提供各种文件来描述环境和声源与接收器的几何配置。最简单、也最典型的是提供一个文件，它被称为环境文件，包括声速剖面和海底的信息。当然，如果海底随距离变化，则需提供一个以距离-深度来定义水深的测深文件。类似地，如果海洋声速随距离变化，则需提供在规则网格上标记声速的 SSP 文件。再进一步，如果想以反射系数来描述海底，则需提供以角度-反射系数来定义反射特征的海底反射系数文件。海面情况与此类似。因此有一个提供顶部反射系数和顶部形状（测高文件）的选项。

通常假定声源是无指向性的；当然，如果声源有指向性，则需提供以角度-幅度来定义声源指向性特征的文件。 BELLHOP 依靠在主环境文件中设置选项来读取以上各种附属文件。有绘图程序（(plotssp, plotbty, plotbrc,等）来展示每一个输入文件。 1.2 输出 BELLHOP 依靠在主环境文件中设置选项来产生各种各样的输出。通常从射线追踪选项开始计算，它产生一个从声源发出声线扇面的文件。如果选择本征射线选项，则只输出通过特定接收器位置的声线。其文件格式与用于设置标准射线追踪选项的文件完全相同。射线文件通常用于给出能量如何在信道中传播的直观图景。程序 plotray 用来显示这些文件。通常人们对单音调声源或宽带波形中某单音调的传播损失很感兴趣。传播损失是指单位强度声源经传播后的声音强度。传播损失写进一个 shade 文件，并可用 plotshd 程序绘制成二维表面图，或者用 plottlr 和 plottld 分别绘出某深度或某距离上的切片。如果你不仅想得到单音调声源的强度，还包括整个时间序列，那么就选择到达计算。到达结果文件包含以幅度-延迟来定义的信道中每个回波的响度和延迟。回声模式信息可以用 plotarr 来绘制展示。或者传递给卷积器，卷积器将特定的声源时间序列的回波求和以产生接收器的时间序列。程序 plotts 用于绘制声源或接收器的时间序列。 1.3 计算参考文件 \Acoustics Toolbox\at\at\tests\Munk\runtests.m 2、声速剖面与声线轨迹

作为第一个例子，考虑一种深水情形，Munk 声速剖面。通常先画声速剖面并算出声线轨迹。输入文件（也称环境文件）是一个简单的文本文件，可用任何标准文本编辑器来创建，但扩展名必须为“.env”。这通常是各种范例文件中最容易的开始计算。此处，考虑 at/tests/Munk/MunkB_ray.env： 2.1 案例 1：2011 年原文档算例。 2.1.1 环境文件 MunkB_ray_2011.env MunkB_ray_2011.env ! TITLE ! FREQ (Hz) ! NMEDIA ! SSPOPT (Analytic or C-linear interpolation) ! DEPTH of bottom (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ‘Munk profile’ 50.0 1 ‘SVF’ 51 0.0 5000.0 0.0 1548.52 / 200.0 1530.29 / 250.0 1526.69 / 400.0 1517.78 / 600.0 1509.49 / 800.0 1504.30 / 1000.0 1501.38 / 1200.0 1500.14 / 1400.0 1500.12 / 1600.0 1501.02 / 1800.0 1502.57 / 2000.0 1504.62 / 2200.0 1507.02 / 2400.0 1509.69 / 2600.0 1512.55 / 2800.0 1515.56 / 3000.0 1518.67 / 3200.0 1521.85 / 3400.0 1525.10 / 3600.0 1528.38 / 3800.0 1531.70 / 4000.0 1535.04 / 4200.0 1538.39 / 4400.0 1541.76 / 4600.0 1545.14 /

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 / 4800.0 1548.52 / 5000.0 1551.91 / ‘A’ 0.0 5000.0 1600.00 0.0 1.0 1 1000.0 51 0.0 5000.0 1001 0.0 100.0 ‘R’ 41 -20.0 20.0 0.0 5500.0 101.0 / / / / ! NSD ! SD(1:NSD) (m) ! NRD ! RD(1:NRD) (m) ! NR ! R(1:NR ) (km) ! ’R/C/I/S’ ! NBeams ! ALPHA1,2 (degrees) ! STEP (m), ZBOX (m), RBOX (km) 输入文件采用列表指示的 I/O 来读取，因此在每一行上不需要对数据进行精确定位。为方便起见，我们还附上注释，注释前面是“！”，这些注释不会被程序读取。声源频率（第 2 行）对基本声线轨迹并不十分重要。声线与频率无关，但是，频率对声线步长大小有影响，因为代码假定更高的频率可以画出更精确的声线轨迹。 NMedia（第 3 行）在 Bellhop 中总是设置为 1。文件中包含此参数是为了与声学工具箱中其他模型相兼容，那些模型能够处理多层问题。接下来的顶部选项（第 4 行）被设定为“SVF”，表明使用样条拟合来对声速剖面进行插值；海洋表面设为真空；所有衰减值都以 dB/mkHz 为单位。选择样条拟合是因为知道本例中的声速剖面变化平滑，在这种情况下，样条拟合产生更加平滑的声线轨迹图。下一行（5）唯一重要的参数是海底深度（5000 米），它指明了需要在声速剖面中读取的最后一行。BELHOP 模拟时不使用前两个参数。接下来，我们看到顺序排列的以深度-声速对来定义的海洋声速剖面。

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