[发明专利]一种基于声衰减的入海口悬浮泥沙浓度实时测量方法

权利要求书

1.一种基于声衰减的入海口悬浮泥沙浓度实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在入海口布置水下信号发送端和接收端；

步骤2：发送和接收声探测信号，基于被动时间反转技术，消除水下信道的多径效应，计算声衰减；

步骤3：根据传播衰减扰动模型和经验公式计算悬浮泥沙造成的声学衰减扰动；

步骤4：构建悬浮泥沙浓度与声衰减扰动的关系式，通过迭代计算悬浮泥沙浓度；

其中，所述的步骤1包括：

在检测区域距离1000m的位置分别布置水下换能器和阵元传感器接收阵列做为发送端和接收端，在发送端发送频率范围在50KHz-500KHz的窄带信号，接收端阵元接收探测信号；

所述的步骤2包括：

依次发送探测信号P(t)和S(t)，利用阵元传感器接收声探测信号，信号经过水下信道之后，第j号接收阵元接收到的信号分别为：

所述的h_j(t)代表第j号接收阵元与发送机之间的通信信道；

将接收阵元接收到的信号P_rj(t)作为预处理器与S_rj(t)卷积运算，则第j号阵元接收到的信号为：

接收阵元总的接收信号为：

计算接收信号R(t)与发送信号S(t)的幅值之比，做为信号衰减系数α_R，公式为：

其中r是发送端到接收端距离；

所述的步骤3包括：

利用经验公式计算海水吸收作用下声强衰减的系数：

所述f是信号频率，由发送端控制并提供具体值；p是水压强，与声传播路径的深度h、海水密度ρ_w有关，计算式为p＝hgρ_w，其中g是重力常数；f_T是弛豫频率，与海水温度T，以及盐度S有关，其中海水盐度S和温度T需要通过测量手段获得；

利用经典公式计算柱面波传播情况下传播扩散造成的衰减值：α_g＝20log₁₀r，所述的r是发送端到接收端的距离，通过声波在发送和接收端之间的走时时间获得；

计算海水中大量泥沙造成的声传播衰减扰动A＝α_R-α_g-α_w；

所述步骤4包括：

采用指数高斯分布作为海水中泥沙颗粒半径与存在数量的近似，即分布函数

设参数向量C是悬浮泥沙浓度，是平均粒径的等效值，Q是粒径分布，声传播过程中衰减扰动与泥沙浓度的关系式记作G(m)，则表示第i组泥沙颗粒的粒径等效值，所述的N是粒径为a的悬浮泥沙颗粒的数量；k是波数，由信号频率求得；s、σ、τ均通过扰动与泥沙原关系式得到，s和τ表示泥沙粘滞吸收对于衰减扰动的影响函数，σ表示泥沙颗粒密度与水密度的比值；

令所述的[f₁，f₂，...，f_i]是发射的一组信号频率，发送信号的个数i≥3；为方便计算过程快速收敛，令

Z＝||G(m)-A||²；

并且定义损失函数如下：

其中，表示嵌入激活函数中的Z式子，表示信号频率为f_i时的

求解最优参数向量m的解，使损失函数值最小；设置合适的初始变量值m₀＝[20，-19，0.707]，设置参数迭代的更新过程为：

迭代后可获得估计的参数向量解，即获得悬浮泥沙参数C。