一種海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋聲學(xué)和海洋工程領(lǐng)域，特別涉及一種海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型 的建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海底聲學(xué)參數(shù)是海洋資源調(diào)查、聲場(chǎng)預(yù)報(bào)、聲納系統(tǒng)性能預(yù)報(bào)等應(yīng)用的基礎(chǔ)，因此 研宄海底參數(shù)的獲取方法具有重要的意義。
[0003] 通常通過(guò)建立合適的地聲模型來(lái)研宄海底聲學(xué)特性，實(shí)際海底沉積環(huán)境復(fù)雜且區(qū) 域環(huán)境相差明顯，不可能由任何單一的地聲模型來(lái)確定，但是在較廣的區(qū)域內(nèi)外推一個(gè)一 般化的模型用于描述海底特性并進(jìn)行聲場(chǎng)預(yù)報(bào)是可行的。
[0004] 利用接收到的水聲信號(hào)數(shù)據(jù)，采用信號(hào)處理的方法逆推海底聲參數(shù)，即聲參數(shù)反 演方法是大尺度獲取海底參數(shù)方便、經(jīng)濟(jì)、高效的途徑，部分方法已經(jīng)在工程實(shí)際中發(fā)揮著 重要作用。但是絕大多數(shù)的反演方法由于同時(shí)反演密度、聲速等多個(gè)參數(shù)，是對(duì)多維參數(shù)求 解。這樣使反演過(guò)程需要測(cè)量的物理量多、必須使用精確的水聽(tīng)器陣、且結(jié)果需要通過(guò)全局 尋優(yōu)算法獲得，需要事后處理，無(wú)法滿足海上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的迫切需要。
[0005] 通過(guò)耦合多個(gè)參數(shù)而得到一個(gè)等效參數(shù)，建立一種盡量簡(jiǎn)單的等效海底模型，得 到該模型下較為準(zhǔn)確的聲傳播預(yù)報(bào)方法，進(jìn)而獲得測(cè)量簡(jiǎn)單、反演速度快的海底聲學(xué)參數(shù) 反演方法。
[0006] 根據(jù)大量海底反射系數(shù)測(cè)量的歷史數(shù)據(jù)分析，對(duì)于高聲速海底，小掠射角內(nèi)海底 反射損失隨掠射角近似線性增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)劇變區(qū)后到臨界角趨近于常數(shù)。考慮到超過(guò)臨 界角的聲衰減非常大，通常數(shù)公里以后對(duì)聲場(chǎng)的影響就可以忽略，因此一定距離后對(duì)聲傳 播起主要作用的是小掠射角內(nèi)的海底反射，小掠射角內(nèi)海底反射損失的性質(zhì)是至關(guān)重要 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服海底參數(shù)反演方法由于同時(shí)反演密度、聲速等多個(gè)參數(shù)， 需要測(cè)量的物理量多、必須使用精確的水聽(tīng)器陣、且結(jié)果需要通過(guò)全局尋優(yōu)算法等需要事 后處理，從而提出一種利用單參數(shù)描述海底聲學(xué)特性的方法，將多維反演過(guò)程降為一維，用 單個(gè)水聽(tīng)器測(cè)量、信號(hào)處理簡(jiǎn)單、反演結(jié)果穩(wěn)健，可直接獲得聲學(xué)特性結(jié)果。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型的建立方法，將 小掠射角內(nèi)海底反射損失BL隨掠射角P近似線性增長(zhǎng)的斜率定義為海底單參數(shù)F#，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型的建立方法，其特征在于，將小掠射角內(nèi)海底反射 損失BL隨掠射角P近似線性增長(zhǎng)的斜率定義為海底單參數(shù)F de，即SL=Frfs ?史。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型的建立方法，其特征在于，所述 海底單參數(shù)FdB按照如下公式計(jì)算得到：
其中，c和P分別為海底附近的海水聲速和密度，a為聲衰減系數(shù)，C1為海底壓縮波 波速，P1為海底密度。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型的建立方法，以小掠射角下反射損失隨掠射角的變化率FdB作為描述海底聲學(xué)特性的單參數(shù)模型。該方法實(shí)際上將多個(gè)海底聲學(xué)參數(shù)耦合成了一個(gè)等效參數(shù)，將小掠射角內(nèi)海底反射損失隨掠射角近似線性增長(zhǎng)的斜率定義為海底單參數(shù)。用地聲反演方法獲取這種單參數(shù)可以將一般的多維反演過(guò)程降為一維，而且待測(cè)物理量少、信號(hào)處理簡(jiǎn)單、反演結(jié)果穩(wěn)健。由于超過(guò)臨界角的聲衰減非常大，通常數(shù)公里以后對(duì)聲場(chǎng)的影響就可以忽略，因此一定距離后對(duì)聲傳播起主要作用的就是小掠射角內(nèi)的海底反射，經(jīng)證明這種單參數(shù)模型可以較好地描述海底聲學(xué)特性。
【IPC分類】G01V1-38, G06F17-50, G01N29-032, G01H5-00, G01N29-024
【公開(kāi)號(hào)】CN104820765
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510275386
【發(fā)明人】胡長(zhǎng)青, 趙梅, 屈科, 徐海東
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日