[發明專利]一種基于雙矢量水聽器的海底聲速分步反演方法

有效

• 申請號: 201811590470.2
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109489799B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 周建波;楊益新
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00;G01S7/539
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于雙矢量水聽器的海底聲速分步反演方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立基于噪聲場垂直振速信號的聲場格林函數提取模型：

聲壓互譜密度函數：

垂直振速互譜密度函數：

聲壓時空相關函數：

垂直振速時空相關函數：

其中：q²為噪聲源譜強度，k²為參考波數，u_m(z)和u′_m(z)為第m階本征函數在深度z處的值及其導數，k_m為第m階本征值，R₀為噪聲源圓平面的半徑，ρ和c分別為聲源處水體密度和聲速，表示反傅里葉變換，ω為角頻率，τ為時延；聲壓/垂直振速時空相關函數正比于聲場時域格林函數，所以時空相關函數中各個相關峰對應于不同多途到達時刻，通過提取不同多途結構到達時刻可以獲得海底的分層結構以及每層沉積層中聲速與厚度之間的關系式；

步驟2、建立基于雙垂直振速水聽器的海底聲速分步反演模型：

對兩點噪聲互譜密度函數做歸一化處理得到理論噪聲場垂直相干函數C₁₂(ω)：

實測噪聲場垂直相干函數求解過程如下：

其中：N是數據快照總數，ΔT為每個快照數據長度，X₁(ω,ΔT_n)和X₂(ω,ΔT_n)分別為第一個水聽器和第二個水聽器采集的第n個快照噪聲場垂直振速信號的頻域解；

步驟3、給出基于噪聲場矢量信號垂直相干特性的海底聲速反演模型：

其中：F_cost為代價函數，N為考慮的頻點總數，Γ和分別為理論與實測噪聲場聲壓/垂直振速相干函數；Γ中的本征值與本征函數等量需要將海水聲學參數、海底聲學參數以及接收器聲學參數輸入到聲傳播模型中計算得到；

由步驟1能夠獲得海底的分層結構以及海底聲速與厚度的關系，如果海底為半無限海底，那么待反演的海底參數集Ω可以表示成Ω＝[c_b,ρ_b,α_b]，如果海底有K層沉積層，

那么待反演的海底參數集Ω可以表示成

Ω＝[c_b1,ρ_b1,α_b1,h_b1…c_bK,ρ_bK,α_bK,h_bK,c_bK+1,ρ_bK+1,α_bK+1]；

其中第K+1層表示半無限基底層

采用小生境遺傳算法在給定的海底聲學參數搜索空間Ω內搜索一組參數使得代價函數F_cost最小，則該組參數即為真實的海底參數。