The wavenumber integration model is considered to be the most accurate algorithm for arbitrary horizontally stratified media in computational ocean acoustics. In contrast to the normal mode approach, it considers not only the discrete wavenumber spectrum but also the continuous spectrum components, eliminating errors in the model approximation for horizontally stratified media. Traditionally, analytical and semianalytical methods have been used to solve the depth-separated wave equation in the wavenumber integration method, and numerical solutions have generally focused on the finite difference method and the finite element method. In this paper, an algorithm for solving the depth equation using the Chebyshev--Tau spectral method combined with a domain decomposition strategy is proposed, and a numerical program named WISpec is developed accordingly. The proposed algorithm can simulate not only the sound field excited by a point source but also the sound field excited by an infinite line source. The key idea of the algorithm is to first discretize the depth equations for each layer via the Chebyshev--Tau spectral method and then solve the equations for each layer simultaneously by incorporating boundary and interface conditions. Several representative numerical experiments are devised to test the accuracy and speed of WISpec. The high consistency of the results of different software programs running under the same configuration proves that the numerical algorithm proposed in this paper is accurate, reliable and numerically stable.


翻译:波数集成模型被认为是计算海洋声学中任意水平分层介质的最精确算法。 与正常模式方法相反, 它不仅考虑离散波数频谱, 也考虑连续频谱组件, 消除水平分层介质模型近似错误。 传统上, 分析和半分析方法被用于在波数集成法中解决深度分离波方程, 数字解决方案一般侧重于有限差异法和有限元素法。 在本文中, 提出了使用切比舍夫- 陶光谱法与域分解战略相结合解决深度方程的算法, 并相应开发了一个名为WISpec 的数字程序。 提议的算法不仅模拟了点源激发的音域, 而且还模拟了无限线源刺激的音域。 算法的关键理念是首先通过 Chebyshev- Tau 光谱法将每个层的深度方程式分解开来, 然后通过整合边界和界面条件同时解决每个层的方程方程。 几个有代表性的数值实验, 正在测试这个稳定的数值格式的精确度, 的数值分析结果是相同的数值, 。 以不同的计算结果, 。

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