1. 浅海负梯度声速剖面下的多径到达结构仿真

负梯度剖面下的声线弯曲与到达结构

浅海负梯度声速剖面（声速随深度减小）会使声线持续向海底方向弯曲。在BELLHOP射线模型中，这一弯曲直接决定了本征声线的数量、到达时延与幅度分布。本节以典型浅海冬季剖面为对象，仿真单频连续波的多径到达序列，并从中提取可分辨路径数与相对时延扩展。

仿真设定：海深 100 m，声源深度 30 m，接收深度 50 m，水平距离 5 km。声速剖面取表层 1500 m/s、底层 1480 m/s 的线性负梯度；海底视为均匀半空间，声速 1600 m/s、密度 1.8 g/cm³、衰减 0.5 dB/λ。声源频率 1 kHz，对应波长约 1.5 m，用于判断路径可分辨性。

BELLHOP仿真关键设置与到达序列提取

BELLHOP以射线追踪方式求解本征声线，输出每条声线的到达角度、时延、幅度与相位。负梯度剖面下，声线向海底弯曲，导致海底反射路径占比升高、海面反射路径减少，这是与正梯度或等温剖面最显著的差异。仿真时需注意以下参数设置：

• 声线扇角：取 -30° 至 +30°，覆盖源到接收的主要出射方向；负梯度下向下出射的声线更易到达接收点。
• 声线数目：2000 条，保证到达结构的分辨率；过少会漏掉弱路径。
• 海底模型：半空间流体模型，输入声速、密度、衰减；若需更真实可改用分层模型。
• 频率：1 kHz，用于计算海底反射系数与吸收；同时决定路径可分辨的时延门限（约 1/B，B为信号带宽）。

BELLHOP输出的到达序列按幅度归一化后，以最大幅度路径为 0 dB 参考，设置 -20 dB 门限剔除弱路径。示例仿真得到的到达序列如下表（数值为教学示例，非实测）：

结果判读与后续使用

负梯度剖面下，声线弯曲使海底反射路径的时延与直达路径差距缩小，多径在时域上更集中，但海底反射带来的幅度衰减也更明显。若将门限放宽至 -25 dB，可分辨路径数增至 6 条，时延扩展扩大到 0.60 ms，说明门限选择直接影响后续信道模型的复杂度。实际使用时，应将可分辨路径的时延与复幅度（由幅度和相位组成）整理为抽头序列，供例2的冲激响应提取与例3的简化模型标定使用。