[发明专利]利用水听器估算海草床氧气释放量的方法及装置

权利要求书

1.一种利用水听器估算海草床氧气释放量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在海草区域任意横断面的两端分别设置声源和水听器，至少包括3个竖直设置的声源，以及至少包括4个竖直设置的水听器，所述声源发射初始声学信号，所述初始声学信号经传播后定义为衰减声学信号，所述水听器接收所述衰减声学信号，根据所述初始声学信号和所述衰减声学信号计算所述海草区域的声波速度和衰减参数；

S2，在无海草区域按照S1的步骤制作对照量版，获得对应氧气含量的声波速度变化量和衰减参数变化量；

S3，将所述声波速度的偏差量和所述衰减参数的偏差量分别与所述声波速度变化量和所述衰减参数变化量进行对比，计算得到所述海草区域的氧气释放量；

在S1中，将水听器接收记录的所述衰减声学信号记为，其中，为第i个声源的位置，为第j个水听器的位置，为信号采集时间序列；

基于所述衰减声学信号进行线性化反演，获得所述声源和所述水听器之间断面的声波速度，其中，为断面水平方向的坐标，为断面垂直方向的坐标；

所述线性化反演包括：

S101，从上拾取每一个声源传播到不同水听器的初至时间，将所有的所述初至时间按照声源的位置顺序排列为一个向量；

S102，定义所述声波速度反演的目标函数为：

（1）

其中，为声波速度，为计算得到的初至旅行时，为实际拾取的旅行时；

S103，给定所述声源和所述水听器之间断面的初始声波速度，采用线性化的方式求解所述目标函数，计算得到初至旅行时：

（2）

其中，为初始声学信号从声源传播到水听器的初至时间，为初始声学信号从声源传播到水听器的射线路径，为初始声波速度的倒数，把按照和相同的顺序排为一个列向量；

S104，根据和之间的差值计算声波速度更新量，所述声波速度更新量为：

（3）

（4）

其中，为射线路径按照时序排列得到的矩阵；

S105，根据所述声波速度更新量更新所述声波速度，得到新的声波速度，所述新的声波速度为：

（5）

S106，以更新后的所述新的声波速度为初始模型，重复步骤S103-S105，直到进入预设范围以内，输出断面的最终的声波速度；

基于所述衰减声学信号进行线性化反演，获得所述声源和所述水听器之间断面的所述衰减参数，所述初始声学信号的强度定义为,所述衰减声学信号的强度定义为，

（6）；

S107，从上拾取每一个声源传播到不同水听器的振幅，将所有的所述振幅按声源的位置顺序排列为一个向量；

S108，基于所述最终的声波速度，采用最短路径射线追踪法计算每一个声源和水听器对信号（，）的射线路径，

S109，对向量进行离散化，得到矩阵方程：

（7）

S1010，求解所述矩阵方程得到所述衰减参数；

无海草区域的背景初始声波速度和背景衰减参数分别记为，，将步骤S1获得的所述声波速度和所述衰减参数分别与所述背景初始声波速度和所述背景衰减参数相减，计算出所述声波速度和所述衰减参数的偏差量：

（8）

将所述偏差量与所述对照量版进行对照，获得所述海草区域的氧气释放量。

2.如权利要求1所述的利用水听器估算海草床氧气释放量的方法，其特征在于，S2中，在所述无海草区域的海水中加入不同含量的氧气，获得不同氧气含量对应的声波速度变化量和衰减参数变化量，定义为对照量版。

3.一种利用水听器估算海草床氧气释放量的装置，其特征在于：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。