[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

技術領域

本發明涉及的是一種測量海底參數的方法。

背景技術

海底參數反演問題主要集中在兩個方面，一是建立快速準確的聲場計算模型，二是高效的反演參數搜索算法。目前聲場計算中廣泛使用的水聲傳播模型主要有簡正波模型，射線理論模型，拋物方程模型等。

用射線理論模型進行水聲反演主要是由于它可以快速地計算近場寬頻帶聲場。Pignot和Chapman在2001年100卷的J.A.S.A上發表的“Tomographic?inversion?of?geoacoustic?properties?in?a?range-dependent?shallow-water?environment”中，利用一個垂直陣接收聲線的傳播時間和幅度，采用匹配處理來估計海底環境隨距離發生變化的海底參數。Westwood等人在1996年100卷的J.A.S.A.上發表的“A?normal?mode?model?for?acousto-elastic?ocean?environments”中也使用射線模型成功地反演了時間域的海底參數。韓國的Park等人在2003年28卷的Journal?of?Oceanic?Engineering上發表的“Time-domain?geoacoustic?inversion?of?high-frequency?chirp?signal?from?a?simple?towed?system”中，利用一個高頻的拖曳陣和射線理論模型反演了海底參數，并且驗證了使用拖曳陣反演和使用垂直陣反演得到結果的一致性。在國內方面，中科院聲學所的李整林等也采用過簡正波模型來進行海底參數反演。通過匹配簡正波群延時差來反演海底的聲速、密度等參數，由簡正波的幅度來反演衰減系數；吳金榮，馬力等利用淺海混響數據反演海底參數和海底散射常數。哈爾濱工程大學的付金山以射線聲學為理論基礎，采用高斯射線束方法來對聲場進行計算，使用粒子群優化算法和加入小生鏡淘汰的遺傳算法作為搜素算法進行海底參數的反演研究。西北工業大學的楊坤德在水聲陣列信號的匹配場處理中采用的寬帶匹配場方法反演淺海環境參數。中國海洋大學的王寧，郭永剛等利用垂直入射脈沖和海底回波數據進行海底聲參數反演。但上述文獻中所列舉的方法均是在二維海底情況下的海底參數反演，對三維海底情況下的一些海底參數未能給出明確的研究結果，而進行三維海底情況下的聲場建模能夠更精確的計算出本征聲線，進而能夠更精確的反演出海底參數的實際情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種反演模型簡單，計算速度快，精度高，簡便可行的基于射線聲學的三維傾斜海底參數快速測量方法。

本發明的目的是這樣實現的：

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。

本發明還可以包括：

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，)，經反射后從沉積層反射出來的點S的坐標為

水聽器Receiver的坐標為(r，θ，Z)。

所述各自滿足的方程包括：

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