[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

技術領域

本發明基于聲學方法的海洋底質地聲參數測量和反演領域，主要是一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法。

背景技術

在淺海海洋聲學中，由于聲能量與海底、海面交互頻繁，一些海底地聲參數知識，如海底密度、聲速和衰減系數，在預測淺海環境下的聲納系統性能(特別是一些模基處理方法)中起著重要的作用。目前，基于聲學方法的海洋底質地聲參數測量和反演方法主要有兩類。一類是基于平面波的反射和透射理論測量海底底質的聲阻抗(密度和聲速的乘積)；另一類是基于柱面波傳播理論建立聲傳播模型，然后結合假定的海底地聲參數模型，通過匹配搜索的方法來反演地聲參數，如匹配場反演方法。其中第一類方法由于聲波透射到海底沉積層的透射角很難實際測量得到，早先的方法是利用垂直入射(此時，聲透射角與界面法向夾角為零度)來測量海底參數。這種方法缺點是由于聲波垂直入射，大部分聲能量可透射到沉積層中，因而反射能量較小，需要大功率、窄指向性的發射聲源，特別是當頻率較低時，聲源造價昂貴且體積大；另外，這種方法只能測量海底底質的聲阻抗，而無法獨立測量密度和聲速。第二類方法目前較為常用的方法是匹配場反演，這種方法的缺點是計算量大，它往往結合模擬退火、遺傳因子等非線性算法來完成環境參數的搜索；另外，為了能較準確地反演地聲參數，這類方法往往需要測量多個接收距離上的聲傳播數據，代價較大。

發明內容

本發明的目的正是為了克服上述技術的不足，而提供一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案：這種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，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。

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；