[发明专利]基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量海底参数的方法。

背景技术

海底参数反演问题主要集中在两个方面，一是建立快速准确的声场计算模型，二是高效的反演参数搜索算法。目前声场计算中广泛使用的水声传播模型主要有简正波模型，射线理论模型，抛物方程模型等。

用射线理论模型进行水声反演主要是由于它可以快速地计算近场宽频带声场。Pignot和Chapman在2001年100卷的J.A.S.A上发表的“Tomographic inversion of geoacoustic properties in a range-dependent shallow-water environment”中，利用一个垂直阵接收声线的传播时间和幅度，采用匹配处理来估计海底环境随距离发生变化的海底参数。Westwood等人在1996年100卷的J.A.S.A.上发表的“A normal mode model for acousto-elastic ocean environments”中也使用射线模型成功地反演了时间域的海底参数。韩国的Park等人在2003年28卷的Journal of Oceanic Engineering上发表的“Time-domain geoacoustic inversion of high-frequency chirp signal from a simple towed system”中，利用一个高频的拖曳阵和射线理论模型反演了海底参数，并且验证了使用拖曳阵反演和使用垂直阵反演得到结果的一致性。在国内方面，中科院声学所的李整林等也采用过简正波模型来进行海底参数反演。通过匹配简正波群延时差来反演海底的声速、密度等参数，由简正波的幅度来反演衰减系数；吴金荣，马力等利用浅海混响数据反演海底参数和海底散射常数。哈尔滨工程大学的付金山以射线声学为理论基础，采用高斯射线束方法来对声场进行计算，使用粒子群优化算法和加入小生镜淘汰的遗传算法作为搜素算法进行海底参数的反演研究。西北工业大学的杨坤德在水声阵列信号的匹配场处理中采用的宽带匹配场方法反演浅海环境参数。中国海洋大学的王宁，郭永刚等利用垂直入射脉冲和海底回波数据进行海底声参数反演。但上述文献中所列举的方法均是在二维海底情况下的海底参数反演，对三维海底情况下的一些海底参数未能给出明确的研究结果，而进行三维海底情况下的声场建模能够更精确的计算出本征声线，进而能够更精确的反演出海底参数的实际情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反演模型简单，计算速度快，精度高，简便可行的基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

声源发出的声信号S(t)经由海底反射，声信号传播到水听器，4个水听器的接收信号为：A₁(t)、A₂(t)、A₃(t)、A₄(t)，4个水听器信号的到达时刻为：t₁、t₂、t₃、t₄，将每个水听器的到达时刻及深度信息代入各自满足的方程，共计28个方程，求解方程组，获得海底参数、即c_b；α；h；n；θ，求解的另外24个变量为声线轨迹的位置信息。

本发明还可以包括：

所述声源发出的声信号S(t)经由海底反射具体包括：假设水层和沉积层中的声速恒定，水中的声速为c₀，沉积层中的声速为c，沉积层的折射率为n，声源Source点坐标为(0，0，H)，声源点处的沉积层厚度为h，海底的下边界为绝对硬，海底的倾斜角度为α，法线向量方位角度为θ；声源发出的声线射入沉积层的点I的坐标为(ρ₁，β₁，0)，经由沉积层在海底发生反射，反射点的坐标P为(k₁ρ₁cosβ₁，k₁ρ₁sinβ₁，)，经反射后从沉积层反射出来的点S的坐标为

水听器Receiver的坐标为(r，θ，Z)。

所述各自满足的方程包括：

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