中文摘要：

中远程混响及小掠射角散射研究一直是浅海声学中极具挑战性的课题之一，也是远程主动声纳研究的瓶颈难题之一，这一问题至今都没有得到很好的解决。以往这一问题的研究都是建立在经验海底散射模型之上的，没有明确的物理意义。本项目拟在微扰法的基础上分析出浅海分层介质中的海底散射模型，研究其可分离性与可近似性等特性，并且在海底散射模型的基础上建立浅海全波动混响模型。同时进行海上实验验证。全波动混响使浅海海底混响的物理意义变的明确，提高了混响模型可信度与实用程度，并且将为我国浅海远程主动声纳研制者提供相关理论和技术支持。反向散射矩阵特性的研究，将有助于我们对海底散射机理的认识。目前关于反向散射矩阵的研究不多，且都没有成熟，随着本项目研究工作的开展，相关的研究工作将会促进我们对小Rayleigh参数情况下海底散射问题的认识，得到浅海中远程海底散射的处理方法及混响建模的解决途径，而不再依赖于经验散射函数。

结论摘要：

浅海中远程混响及小掠射角散射研究一直是浅海声学中极具挑战性的课题之一，也是远程主动声纳研究的瓶颈难题之一。本课题利用Helmholtz方程，借助微扰近似方法，给出了物理意义明确的浅海全波动混响模型。着重研究了浅海混响的关键元素海底反向散射矩阵，给出了小Rayleigh参数情况下，粗糙海底界面引起的反向散射矩阵和海底介质体积不均匀性引起的反向散射矩阵的具体表达式。研究结果表明1）全波动海底反向散射矩阵和传统的海底散射经验函数在小掠射角上差别较大，本项目给出的全波动混响理论成功地解释了南海混响实验数据和黄海混响实验数据；2）粗糙界面引起的海底反向散射矩阵是可分离的；3）海底介质不均匀性引起的海底反向散射矩阵比海底粗糙界面引起反向散射矩阵多了一项，这一项包括混响信号的垂直相关系数和本征函数在沉积层中垂直方向的衰减项，这个多余项有下列重要作用a）使得海底反向散射矩阵的角度频率关系会有耦合；b）在小掠射角上，声能衰减更快；c）海底反向散射矩阵不再可分离。全波动混响模型的建立和海底反向散射矩阵特性的研究澄清了小Rayleigh参数情况下海底散射问题。