[發明專利]一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法

有效

• 申請號: 201110032989.0
• 申請日: 2011-01-25
• 公開（公告）號: CN102183435A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 祝獻;王忠康;張宏滔
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24;G01N29/024;G01S5/22
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

1.一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，其特征是：包括步驟如下：

(1)利用垂直陣接收的聲源數據估計出前4條路徑到達垂直陣等效聲中心處的時間t_n、入射掠射角θ_vn和能量E_n，利用到達時間t_n和水中聲速計算出4條聲線的傳播距離r_n，利用入射掠射角θ_vn根據snell定律計算出聲線到達海底附近處的入射掠射角θ_n；

(2)根據平面波反射理論和snell定律，利用測得的4條路徑的傳播距離r_n、到達海底附近處的入射掠射角θ_n和能量E_n，建立海底反射系數方程組；

(3)求解方程組獲得海底密度和聲速值。

2.根據權利要求1所述的基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，其特征是：

對于海面反射來說，假設各個方向入射到海面的反射系數都近似為-1，根據平面波反射理論、snell定律，得到以下一個方程組；

R3=ρ2c2sinθ3-ρ1c1sinθt3ρ2c2sinθ3+ρ1c1sinθt3=E3r32E1r12R4=ρ2c2sinθ4-ρ1c1sinθt4ρ2c2sinθ4+ρ1c1sinθt4=E4r42E2r22sinθt3=1-(c2c1)2cos2θ3sinθt4=1-(c2c1)2cos2θ4---(2)]]>

其中E_n是第n條路徑射線的能量，r_n是第n條路徑射線走過的路程，從方程組(2)可以得到ρ₂和c₂的解；

ρ2=ρ1(1+R3)n2-cos2θ3(1-R3)sinθ3c2=c1(A2cos2θ3-cos2θ4)/(A2-1)---(3)]]>

其中根據方程組(2)和方程組(3)就分別反演出海底底質密度和聲速，但是要使方程組(2)和方程組(3)需要滿足一個條件，即

θ₃＞θ_c(4)

其中是臨界掠射角，當θ₃＜θ_c時，第3條路徑聲線的反射屬于全反射現象，此時透射到海底的聲波非均勻平面波，方程組(4)不成立；假設聲源和接收點的間距為D，接收點處海深為H，聲源和接收器的深度分別為H_s和H_r，方程組(2)和方程組(3)的使用條件可近似表示為

θ3≈atan(2H-Hs-HrD2-(Hs-Hr)2)>θc=acos(c1c2)---(5)]]>

因此，在滿足式(5)的條件下，只要利用一條垂直陣和一個較小強度聲源，通過采集聲源斜入射時的多路徑信號，分辨出各條路徑到達時間、按snell定律折合到海底附近的反射角度及能量，即完成海底半無限空間模型假設下密度和聲速的測量。