036] 參照?qǐng)D4和圖5,可知水聽(tīng)器接收到的兩個(gè)爆炸聲源的前4階模態(tài)在低頻段分離開(kāi) 來(lái)，呈現(xiàn)出頻散的特性，所W利用warping變換來(lái)提取兩個(gè)爆炸聲源在低頻段(f<300化）的 前4階模態(tài)頻散曲線。圖5中白色曲線即為提取出的模態(tài)頻散曲線。具體做法為：
[0037] ①水聽(tīng)器接收到兩個(gè)距離分別為ri和η爆炸聲源的兩個(gè)時(shí)域信號(hào)用前4階模態(tài)頻 散曲線表示為：
[00；3 引
0>
[0039]式中Am(t)為第m階模態(tài)的瞬時(shí)幅度，fcm=mc/2D表示第m階模態(tài)的截止頻率，D為實(shí) 驗(yàn)海區(qū)的平均水深，C為水中平均聲速。
[0040]②利用warping變換函數(shù)}1如）=[*2+(。八)2]1/24 = 1，2對(duì)水聽(tīng)器接收的兩個(gè)爆 炸聲源的時(shí)域接收信號(hào)分別進(jìn)行變換，得到warping域的兩個(gè)接收信號(hào)為：
[0041 ]
α)
[0042] 式中hi' (t)表示wa巧ing變換函數(shù)hi(t)的導(dǎo)數(shù)。
[0043] ③對(duì)warping域的兩個(gè)接收信號(hào)分別進(jìn)行濾波處理，將前4階模態(tài)分離開(kāi)。所述濾 波帶寬設(shè)置相同為:第1階頻帶0-細(xì)Z，第2階頻帶7-13化，第3階頻帶14-19HZ，第4階頻帶20- 2甜Z。從而將warp ing域的兩個(gè)接收信號(hào)的前4階模態(tài)頻散曲線分離。
[0044] ④利用逆waiting變換函i
= 1，2對(duì)濾波處理后waiting 域的兩個(gè)接收信號(hào)的前4階模態(tài)頻散曲線分別進(jìn)行處理，從而將兩個(gè)原時(shí)域接收信號(hào)的前4 階模態(tài)頻散曲線分離提取出來(lái)。
[0045] (1)參照?qǐng)D3和圖5,由模態(tài)頻散曲線能量差反演海底衰減系數(shù)。具體做法為：
[0046] ①對(duì)兩個(gè)原時(shí)域接收信號(hào)的分離開(kāi)的前4階模態(tài)頻散曲線中相同階數(shù)的頻散曲線 進(jìn)行模態(tài)幅度比，得到對(duì)應(yīng)頻率為f的第m階模態(tài)幅度比為：
[0047]
0)
[004引式中E{ ·}表示求均值，t。表示在模態(tài)頻散曲線上對(duì)應(yīng)頻率為f的點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)， 對(duì)于f<100Hz:Δt = 0.1s，Δf = 2Hz;對(duì)于f〉100Hz:Δt = 0.02s，Δf = 10Hz。4K/)和 4;U/)分別表示兩個(gè)爆炸聲源的對(duì)應(yīng)頻率為f的第m階模態(tài)幅度。在圖5中W50化和150Hz為 例，圖5中黑色矩形框即為50化所對(duì)應(yīng)的需要計(jì)算的模態(tài)能量的區(qū)域，而紅色矩形框即為 150化所對(duì)應(yīng)的需要計(jì)算的模態(tài)能量的區(qū)域。
[0049]②通過(guò)將海底衰減系數(shù)β在[00.5]范圍內(nèi)變化，使代價(jià)函數(shù)約倒最小時(shí)，對(duì)應(yīng)的β 值即為反演得到的海底衰減系數(shù)值。反演的代價(jià)函數(shù)例/?)為：
[(Κ)加]
[0化1 ]式中Δ4：；(/)表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的模態(tài)幅度比，Μ;(/，^)為模型計(jì)算的模態(tài)幅度 比。.爲(wèi)。和/品分別為對(duì)應(yīng)于第m階模態(tài)的下邊帶和上邊帶，計(jì)算過(guò)程中，設(shè)置為 ./1-250IL·, ./1-4()?1ζ, - 3()() I Iz , ,/l-300IIz. ii=8()Hz, A. =300 Hz.
[0052]③為了得到模擬爆炸聲源的模態(tài)幅度，本發(fā)明將利用極近距離接收到的爆炸聲源 的時(shí)間序列作為模擬發(fā)射聲源，參照?qǐng)D3所示。經(jīng)過(guò)Kraken模型計(jì)算得到相應(yīng)距離上的模擬 接收信號(hào)，從而保證了模擬發(fā)射信號(hào)和實(shí)際爆炸信號(hào)初始時(shí)刻幾乎完全相同。
[0化3] 參照?qǐng)D6，在一個(gè)距離上通過(guò)將接收水聽(tīng)器放置在27.4m、48.3m和67.2m深度上，來(lái) 計(jì)算不同接收深度下的海底衰減系數(shù)。并且通過(guò)不斷變化兩個(gè)爆炸聲源的距離，來(lái)計(jì)算不 同距離上的海底衰減系數(shù)。其中圖6的橫坐標(biāo)所示距離為兩個(gè)爆炸聲源的平均距離。圖6中 虛線表示所求出的平均海底衰減系數(shù)為0.0912地A。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用模態(tài)頻散曲線能量差反演海底衰減系數(shù)的方法，其特征在于步驟如下： 步驟1:在被測(cè)海底區(qū)域同一深度投放兩個(gè)距離分別為r#Pr2的爆炸聲源，水聽(tīng)器布放 點(diǎn)和兩個(gè)爆炸聲源在一條直線上，分別提取兩個(gè)爆炸聲源的前4階模態(tài)頻散曲線，步驟如 下： 步驟(la):水聽(tīng)器接收到兩個(gè)距離分別為^和^爆炸聲源的兩個(gè)時(shí)域信號(hào)用前4階模態(tài) 頻散曲線表不為：式中Am( t)為第m階模態(tài)的瞬時(shí)幅度，f ?=mc/2D表示第m階模態(tài)的截止頻率，D為實(shí)驗(yàn)海 區(qū)的平均水深，c為水中平均聲速； 步驟(2&):利用￥3印;[1^變換函數(shù)1^(1:) = [1:2+(；1^/(3)2]1/24 = 1，2對(duì)水聽(tīng)器接收的兩個(gè) 爆炸聲源的時(shí)域接收信號(hào)分別進(jìn)行變換，得到warping域的兩個(gè)接收信號(hào)為：式中h/ (t)表示warping變換函數(shù)hi (t)的導(dǎo)數(shù)； 步驟(3a):對(duì)warping域的兩個(gè)接收信號(hào)分別進(jìn)行濾波處理，將前4階模態(tài)分離開(kāi);所述 濾波帶寬設(shè)置相同為:第1階頻帶〇-6Hz，第2階頻帶7-13Hz，第3階頻帶14-19HZ，第4階頻帶 20-25HZ;從而將warping域的兩個(gè)接收信號(hào)的前4階模態(tài)頻散曲線分離； __ |.1 y.2 步驟（4a):利用逆warping變換函數(shù)/?= I，2對(duì)濾波處理后 warping域的兩個(gè)接收信號(hào)的前4階模態(tài)頻散曲線分別進(jìn)行處理，從而將兩個(gè)原時(shí)域接收信 號(hào)的前4階模態(tài)頻散曲線分離； 步驟2:由模態(tài)頻散曲線能量差反演海底衰減系數(shù)，步驟如下： 步驟（lb):對(duì)兩個(gè)原時(shí)域接收信號(hào)的分離開(kāi)的前4階模態(tài)頻散曲線中相同階數(shù)的頻散 曲線進(jìn)行模態(tài)幅度比，得到對(duì)應(yīng)頻率為f的第m階模態(tài)幅度比為：4 式中E{ ·}示求均值，t。表示在模態(tài)頻散曲線上對(duì)應(yīng)頻率為f的點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，對(duì)于 100Hz : Δ t = 0 · Is，Δ f = 2Hz ;對(duì)于 f>100Hz : At = 0.02s，Δ f = 10Hz ; 4(/:)和 4^.(/)分別 表示兩個(gè)爆炸聲源的對(duì)應(yīng)頻率為f的第m階模態(tài)幅度； 步驟(2b):通過(guò)將海底衰減系數(shù)β在[0 0.5 ]范圍內(nèi)變化，使代價(jià)函攸M/y)最小時(shí)，對(duì)應(yīng) 的m直即為反演得到的海底衰減系數(shù)值； 反演的代價(jià)函數(shù)(釣為：式中(/)表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的模態(tài)幅度比，Δ4"(/,灼為模型計(jì)算的模態(tài)幅度比； 乂1和.4:分別為對(duì)應(yīng)于第m階模態(tài)的下邊帶和上邊帶，計(jì)算過(guò)程中，設(shè)置為 ./l=10Hz; /l,=250Hz, ^a=40Hz, /L=30QHz, ./l=70Hz, ,/^=300Hz, ./^in=8〇H, ,C=300 H/
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用模態(tài)頻散曲線能量差反演海底衰減系數(shù)的方法，利用模態(tài)頻散曲線的幅值能量信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底衰減系數(shù)的反演，本發(fā)明提出一種利用兩個(gè)爆炸彈模態(tài)頻散曲線能量差來(lái)反演海底衰減系數(shù)的方法，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)海區(qū)的海底衰減系數(shù)進(jìn)行估計(jì)。該發(fā)明方法利用了寬帶爆炸聲源在淺海中傳播時(shí)產(chǎn)生的頻散效應(yīng)，重點(diǎn)反演淺海海域。本發(fā)明方法首先將接收水聽(tīng)器布放在一定深度上，然后在同一直線、不同距離上投放型號(hào)參數(shù)完全相同(認(rèn)為爆炸時(shí)產(chǎn)生相同的信號(hào))的爆炸聲源，從而接收到兩個(gè)爆炸聲源的時(shí)頻圖；然后利用warping變換對(duì)兩個(gè)爆炸聲源的時(shí)頻圖進(jìn)行處理，從而得到前4階模態(tài)頻散曲線的傳輸能量差；然后利用模態(tài)頻散曲線能量差反演海底衰減系數(shù)。
【IPC分類(lèi)】G06F19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105631194
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510963888
【發(fā)明人】楊坤德, 郭曉樂(lè)
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月20日