[發(fā)明專利]基于沉積層形成機(jī)理的陸坡海域海底地聲參數(shù)獲取方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110037375.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114764527A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鹿力成;姚美娟;馬力;郭圣明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于沉積層形成機(jī)理的陸坡海域海底地聲參數(shù)獲取方法，包括：步驟1)從待探測(cè)的陸坡海域區(qū)域中選定一條等深線，然后確定平行于等深線方向的S1S3測(cè)線和垂直于等深線方向的S2S4測(cè)線；兩條測(cè)線相交于測(cè)線的中點(diǎn)O1；步驟2)根據(jù)S1S3測(cè)線上的海底聲學(xué)參數(shù)的均勻分布特性，獲取S1S3測(cè)線上的海底地聲參數(shù)，從而得到中點(diǎn)O1的海底地聲參數(shù)；步驟3)根據(jù)中點(diǎn)O1的海底地聲參數(shù)，以及S2S4測(cè)線上的海底地聲參數(shù)的分段分布特性，分段計(jì)算S2S4測(cè)線上的海底地聲參數(shù)；步驟4)根據(jù)平行于等深線方向的海底地聲參數(shù)的均勻分布特性，將S2S4測(cè)線上的每一段海底地聲參數(shù)按平行于等深線方向進(jìn)行擴(kuò)展，由段及帶，由帶及面，獲取待探測(cè)的陸坡海域區(qū)域的海底地聲參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲物理領(lǐng)域，具體涉及基于沉積層形成機(jī)理的陸坡海域海底地聲參數(shù)獲取方法。

背景技術(shù)

海底聲學(xué)參數(shù)在水下目標(biāo)定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面都是極為重要的水聲參數(shù)，而陸坡過(guò)渡海域作為非典型深海大洋環(huán)境，海底底質(zhì)類型分布變化多樣，現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量的方法難以滿足實(shí)際應(yīng)用中快速獲取大面積海底參數(shù)的需求。因此，利用聲學(xué)反演方法來(lái)獲取海底地聲參數(shù)并進(jìn)行海底地聲建模的研究得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前常用的地聲反演方法是匹配場(chǎng)反演方法和聲傳播損失最小二乘方法，但是都是基于單點(diǎn)、單線進(jìn)行，不能快速獲取大面積海底地聲參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提出一種基于沉積層形成機(jī)理的陸坡海域海底地聲參數(shù)獲取方法，該方法從沉積層的形成機(jī)理出發(fā)，建立陸坡海域的海底地聲模型，以明確的物理意義保障所建立的海底模型的可解釋性和可驗(yàn)證性；首先通過(guò)傳統(tǒng)的匹配場(chǎng)和聲傳播損失最小二乘法，對(duì)平行于海區(qū)等深線方向的測(cè)線進(jìn)行地聲反演；其次，基于沉積層的環(huán)陸分布和環(huán)帶分布特性，對(duì)垂直于海區(qū)等深線方向的測(cè)線進(jìn)行分段地聲反演；最后，基于沉積層的環(huán)陸分布和環(huán)帶分布特性，由段及帶，由帶及面，可實(shí)現(xiàn)陸坡海域大面積海底地聲參數(shù)的獲取。

為實(shí)現(xiàn)上述目，本發(fā)明提出了一種基于沉積層形成機(jī)理的陸坡海域海底地聲參數(shù)獲取方法，所述方法包括：

步驟1)從待探測(cè)的陸坡海域區(qū)域中選定一條等深線，然后確定平行于等深線方向的S1S3測(cè)線和垂直于等深線方向的S2S4測(cè)線；兩條測(cè)線相交于測(cè)線的中點(diǎn)O1；

步驟2)根據(jù)S1S3測(cè)線上的海底聲學(xué)參數(shù)的均勻分布特性，獲取S1S3測(cè)線上的海底地聲參數(shù)，從而得到中點(diǎn)O1的海底地聲參數(shù)；

步驟3)根據(jù)中點(diǎn)O1的海底地聲參數(shù)，以及S2S4測(cè)線上的海底地聲參數(shù)的分段分布特性，分段計(jì)算S2S4測(cè)線上的海底地聲參數(shù)；

步驟4)根據(jù)平行于等深線方向的海底地聲參數(shù)的均勻分布特性，將S2S4測(cè)線上的每一段海底地聲參數(shù)按平行于等深線方向進(jìn)行擴(kuò)展，由段及帶，由帶及面，從而獲取待探測(cè)的陸坡海域區(qū)域的海底地聲參數(shù)。

作為上述方法的一種改進(jìn)，所述步驟2)具體包括：

海底地聲參數(shù)反演是通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)所攜帶的海底信息來(lái)反推海底模型參數(shù)，其代價(jià)函數(shù)E₁(m)為寬帶非相干Bartlett匹配器：

式中，m為待反演的參數(shù)向量,包含沉積層厚度、沉積層聲速和基底層聲速三個(gè)量；N_f代表頻率點(diǎn)數(shù)，H代表復(fù)共軛轉(zhuǎn)置，p_n和q_n(m)分別為垂直陣接收的第n個(gè)頻點(diǎn)的聲壓場(chǎng)向量和拷貝場(chǎng)向量；

在使用寬帶非相干Bartlett匹配處理時(shí)，首先將海底衰減系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值作為海底衰減系數(shù)α；按m的經(jīng)驗(yàn)值給出m的搜索區(qū)間，使用模擬退火算法在區(qū)間上進(jìn)行搜索，當(dāng)(1)式中代價(jià)函數(shù)取最小值時(shí)，m值即為待反演的參數(shù)向量的最優(yōu)解；