基于Chebyshev数值近似的浅海水声简正波传播计算MATLAB程序

资 源 简 介

本MATLAB项目实现了浅海环境下水声传播的高效计算。利用简正波理论与Chebyshev多项式近似方法，自动求解声场模态和传播损失分布。支持自定义海洋环境参数与声波频率输入，可快速生成声场分析结果。

详 情 说 明

基于Chebyshev数值近似的浅海水声简正波传播计算程序

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB的浅海环境水声传播仿真工具，采用简正波理论与Chebyshev谱方法相结合的技术路线。程序通过将波动方程离散化为广义矩阵本征值问题，能够精确求解浅海波导中的声传播特性。该工具适用于海洋声学研究、水声通信系统设计和声呐性能评估等领域。

功能特性

• 高效的数值离散方法：利用Chebyshev多项式谱方法对深度维度的微分算子进行高精度离散
• 完整的边界条件处理：自动处理海面自由边界和海底阻抗边界条件
• 多参数环境建模：支持分层介质中的声速剖面、密度剖面和海底沉积层参数输入
• 全面的输出分析：提供本征值、模态函数、传播损失矩阵及多种可视化结果
• 灵活的参数配置：用户可自定义声源频率、深度位置和接收器分布

使用方法

1. 参数配置：在主程序入口处设置环境参数（水深、声速剖面、海底特性等）、声源参数（频率、深度）和计算参数（多项式阶数、容差）
2. 执行计算：运行主程序，系统将自动完成简正波求解和声场计算流程
3. 结果获取：程序输出包括本征值序列、模态函数数据、二维传播损失矩阵
4. 可视化分析：自动生成模态函数分布图、传播损失等值线图和三维声场剖面图

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• 推荐内存：8GB以上（对于大计算域或高阶近似）
• 必备工具箱：核心MATLAB功能（无需额外工具箱）

文件说明

主程序文件实现了完整的浅海水声传播计算流程，其核心功能包括：环境参数读取与验核、计算网格的Chebyshev谱配置、波动方程算子的矩阵形式构建、广义本征值问题求解、简正波模态的正交归一化处理、声场传播损失的模态叠加计算、以及多种声场可视化图形的自动生成。该文件通过模块化设计集成了数值离散、边界条件处理和物理场重建等关键算法环节。