[发明专利]一种基于泄漏模态声波导特性的海冰厚度观测方法

权利要求书

1.一种基于泄漏模态声波导特性的海冰厚度观测方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：根据极地野外作业环境参数评估海冰声参数并建立海冰声学模型；

步骤二：基于上述极地海冰声学模型，结合弹性介质内动力学理论与冰水交界处流-固耦合边界条件建立对应泄漏模态声波导理论模型；

步骤三：基于复数空间峰值自搜索算法求解浮冰波导模型，获得QS模态的低频段频散曲线；

步骤四：对比实测冰声信号中提取出的QS模态频散曲线和理论曲线，基于其相似度完成对海冰厚度的评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于泄漏模态声波导特性的海冰厚度观测方法，其特征在于：步骤二具体为：浮冰波导频散方程如下：

其中，

式中，ρ₁、c_l、c_t分别为海冰的密度、纵波波速、横波波速，h为海冰厚度，ρ₂、c分别为海水的密度、纵波波速，k为行波波数，p、q、r均为与波速和波数相关的系数。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于泄漏模态声波导特性的海冰厚度观测方法，其特征在于：步骤三具体包括：

(1)确定QS模态的初始根：固定频率f₁＝f_max后，在该频率QS模态对应波数值附近的二维波数复空间内确定零点；引入足够小的步长Δ，按照实部、虚部坐标轴将平面划分为若干网格，寻找特征函数绝对值的峰值点；为进一步提高零点准确度，在峰值点附近用新步长Δ'＝Δ/100寻找精确零点，作为第一个初始根；固定频率f₂＝f_max-Δ，重复上述过程，得到第二个初始复数根；

(2)确定QS模态的第三个根：固定频率为f₃＝f₂-Δ，由于微小间距内，该模态上的第三个点总将在前两个点的连线附近；记录前两个初始根为当前点，并计算它们连线斜率的方向；作为当前偏移角；以第2个点为圆心，两点间的微小间距为半径做圆弧，在连线与圆弧交界处，周围15°范围内寻找实根，将此30°弧度分为间隔尽可能小的若干点，搜索特征函数绝对值的峰值点，若此范围内得到多个峰值，则优先选取距离第二个根最近的点为第三个根；

(3)外推QS模态的其他根：按照上述步长更新固定频率，第四、五个波数峰值点的实部或虚部由前序所有根的曲线拟合得到；从第六个根开始，峰值点实部或虚部由前序五个根的曲线拟合得到，与第(2)步相似，若此范围内得到多个峰值，则优先选取距离前一个根最近的点为当前根；以此类推，直至频率迭代到0，计算出该阶模态的所有根。

4.根据权利要求3所述的一种基于泄漏模态声波导特性的海冰厚度观测方法，其特征在于：步骤四具体为：将冰声信号接收设备安置于冰面，基于主动源信号或被动源信号提取频散曲线，与不同厚度浮冰波导QS模态波数-频率理论频散曲线对照，匹配度最高的曲线对应厚度即为当前实际冰厚。