[發明專利]基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法

有效

• 申請號: 201110320196.9
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102508247A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 楊士莪;宋揚;黃益旺;樸勝春;樸健浩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/02
• 分類號: G01S15/02;G01S5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法，其特征是：聲源發出的聲信號S(t)經由海底反射，聲信號傳播到水聽器，4個水聽器的接收信號為：A₁(t)、A₂(t)、A₃(t)、A₄(t)，4個水聽器信號的到達時刻為：t₁、t₂、t₃、t₄，將每個水聽器的到達時刻及深度信息代入各自滿足的方程，共計28個方程，求解方程組，獲得海底參數、即c_b；α；h；n；θ，求解的另外24個變量為聲線軌跡的位置信息。

2.根據權利要求1所述的基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法，其特征是所述聲源發出的聲信號S(t)經由海底反射具體包括：假設水層和沉積層中的聲速恒定，水中的聲速為c₀，沉積層中的聲速為c，沉積層的折射率為n，聲源Source點坐標為(0，0，H)，聲源點處的沉積層厚度為h，海底的下邊界為絕對硬，海底的傾斜角度為α，法線向量(0，sinα，cosα)，方位角度為θ；聲源發出的聲線射入沉積層的點I的坐標為(ρ₁，β₁，0)，經由沉積層在海底發生反射，反射點的坐標P為(k₁ρ₁cosβ₁，k₁ρ₁sinβ₁，-(k₁ρ₁sinβ₁tanα+h))，經反射后從沉積層反射出來的點S的坐標為(rcosθ+ρ₂cosβ₂，rsinθ+ρ₂sinβ₂，0)。

3.根據權利要求2所述的基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法，其特征是水聽器Receiver的坐標為(r，θ，Z)。

4.根據權利要求3所述的基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法，其特征是所述各自滿足的方程包括：

k₁ρ₁cosβ₁＝rcosθ+k₂ρ₂cosβ₂????????(1)

k₁ρ₁sinβ₁＝rsinθ+k₂ρ₂sinβ₂????????(2)

ρ12ρ12+H2=n2(k-1)2ρ12(k1-1)2ρ12+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2---(3)]]>

ρ22ρ22+Z2=n2(k2-1)2ρ22(k2-1)2ρ22+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2---(4)]]>

(k1-1)ρ1sinβ1tanα-(k1ρ1sinβ1tanα+h)[(k1-1)2ρ12+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2]1/2=(k2-1)ρ2sinβ2tanα-(k1ρ1sinβ1tanα+h)[(k1-1)2ρ22+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2]1/2---(5)]]>

tanα(k1-1)n2(ρ12+H2)-ρ12(rcosθ+ρ2cosβ2-ρ1cosβ1)=(k1-1)(k2-1)ρ1ρ2sin(β2-β1)---(6)]]>

t=1c0{ρ12+H2+ρ22+Z2}+1cb{(k1-1)2ρ12+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2+]]>

(7)

+(k2-1)2ρ22+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2}]]>

其中，ρ₁，ρ₂，k₁，k₂，β₁，β₂為聲線的位置信息，(ρ₁，β₁，0)為柱坐標系下聲線射入沉積層的點的坐標，ρ₂為反射后從沉積層反射出來的點與水聽器水平面投影之間的距離，β₂為反射后從沉積層反射出來的點與水聽器水平面投影之間的連線與x軸的夾角，k₁，k₂為大于1的比例系數；c_b，h，n，α，θ為海底參數，c_b為沉積層中的聲速，h為聲源處的沉積層厚度，n為聲線從水層射入沉積層的折射率，α為海底傾斜角度，θ為水平偏轉角度；H，Z，r為聲源和水聽器的位置信息，(0，0，H)為聲源的坐標，(r，θ，Z)為水聽器的坐標。

5.根據權利要求4所述的基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法，其特征是所述求解方程組，獲得海底參數、即c_b；α；h；n；θ包括：將實驗測得的4條聲線傳播時間代入(1)-(7)式構成的4個方程組，求解方程組獲得海底參數；或者通過仿真的方法驗證三維海底參數的反演方法，即已知海底參數(c_b，h，n，α，θ)，通過仿真求解不同深度下由(1)-(6)式構成的4個方程組，將求得4條聲線的傳播軌跡變量(ρ₁₁，ρ₁₂，k₁₁，k₁₂，β₁₁，β₁₂，ρ₂₁，ρ₂₂，k₂₁，k₂₂，β₂₁，β₂₂，ρ₃₁，ρ₃₂，k₃₁，k₃₂，β₃₁，β₃₂，ρ₄₁，ρ₄₂，k₄₁，k₄₂，β₄₁，β₄₂)代入各自所滿足的(7)式就可以計算各條聲線傳播時間，再利用仿真的4條聲線傳播時間分別代入各自的由(1)-(7)式構成的方程組，再由這28個方程構成的1個大方程組來共同反演海底參數(c_b，h，n，α，θ)，形式如方程組(8)所示，其中F₁-F₇分別代表方程(1)-(7)的函數；