[发明专利]一种改进的气枪阵列声波传输建模方法

权利要求书

1.一种改进的气枪阵列声波传输建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A、构建范德瓦尔斯气枪阵列子波模型：

步骤A1、设计气枪阵列，气枪阵列参数包括每个气枪的位置坐标、容量、工作压力以及气枪阵列的沉放深度；

步骤A2、设置采样间隔，基于范德瓦尔斯气枪子波模型模拟单枪1m处的近场子波信号；

步骤A3、基于傅里叶变换移位定理在频率域模拟气枪在不同方位角传输方向的频谱：

步骤B、构建声传输模型：

步骤B1、合理近似地声参数，地声参数包括海水层和海底不同地层的厚度、纵波速度、横波速度、密度、纵波衰减系数、横波衰减系数；

步骤B2、构建模拟海域的短程地声模型和长程地声模型；

步骤B3、考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对声传输方向性的影响，改进与传输距离无关的声传输模型和与传输距离有关的声传输模型；对于多个不同位置和容量气枪组成的气枪阵列进行声传输建模，除了考虑影响方向性的水深变化因素，还考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对传输方向性的影响，第k个气枪在不同声传输范围中的声传输都转换为和传输方位角有关的函数：

其中V_k是第k个气枪的容量；

步骤C、结合范德瓦尔斯气枪子波模型和声传输模型：

步骤C1、考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对传输方向性的影响，将改进的声传输模型与气枪模型在频率域中结合并进行傅里叶逆变换，计算得到气枪阵列声波在不同传输距离、方位以及不同接收深度的声压波形；

对于气枪远场传输信号，考虑气枪模型与声传输模型的耦合，通过傅里叶逆变换计算得到接收位置(r,z,θ)处的第k个气枪的声压信号：

其中r是接收水平距离，z是接收深度，θ是方位角，ω是频率，F_k(ω,θ)是频带宽度为2ω_max的第k个气枪子波在方位角θ的频谱，TL_k(r,z,θ,ω)是由不同声传输模型模拟获得的第k个气枪在频率ω时的频率响应；

用离散和替换积分，根据标准抽样定理，频率的离散化引入时间的周期性，假设在长度为T的时间窗口中从t_min开始搜索，时间和频率分别离散为：

t_j＝t_min+jΔt,j＝0,1...(N-1)，ω_l＝lΔω,l＝-(N/2-1)...-1,0,1...(N/2-1)

结果得到所有周期响应的时移总和；

对于接收位置(r,z)处，接收到的气枪阵列声传输声压为所有M个不同位置、容量气枪传输声压的叠加，即：

步骤C2、对所有气枪进行声压叠加以实现气枪阵列声压传输建模，利用零-峰值声压级和声暴露级定量评价气枪阵列有限持续时间和时变振幅声压信号，实现建模分析：

利用零-峰值声压级和声暴露级定量评价气枪阵列有限持续时间和时变振幅声压信号，得到：

其中，p_ref是水下声学标准参考压力，E_ref是相应的参考声暴露级，t_a和t_b定义了信号的时间范围。

2.根据权利要求1所述的改进的气枪阵列声波传输建模方法，其特征在于，所述步骤A2中，采用以下方式实现：

对近场子波进行模拟时，考虑不同气枪产生气泡之间的相互作用，以改变每个气泡的压力场，进而改变阵列方向性，通过在每个气枪子波信号中添加一个与时间相关的干扰项来实现，因此，第k个气枪产生气泡的有效静水压力为：

其中，P_∞是静水压，是所有其他气枪产生气泡的压力作用之和，ΔP_i'k(t)这是由于气泡i'引起的气泡k处静水压力的扰动，气泡压力场的变化会影响焓，即：

其中，P_kb是不考虑气泡相互作用时第k个气泡压力，ρ是海水密度，设置采样间隔，利用精确的范德瓦尔斯气枪子波模型，模拟第k个气枪1m处接收的近场子波信号：

其中，R_kb是气泡半径，u是气泡速度。