[发明专利]基于海底混响和传播损失的深海海底参数反演方法

摘要

为了有效获取深海环境下的海底参数，本发明提出一种基于海底混响和传播损失的深海海底参数反演方法，首先将单水听器布放入水，船只在调研海域进行走航，同时发射声源信号，采集深海实验数据，提取海底混响和传播损失实验数据。对海底混响模型进行建模仿真，将实验数据与模型仿真的海底混响时间序列进行匹配，反演得到海底声速和密度。利用射线模型计算传播损失与实验值进行匹配，反演得到海底衰减系数。本发明的目的是为获取深海海底参数提供有效的技术方法。

主权项

1.一种基于海底混响和传播损失的深海海底参数反演方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将单水听器布放入水，船只走航，以固定时间间隔向海里投掷爆炸声源，遍历调研海域后返程，捞取单水听器获得海底混响和传播损失实验数据；步骤2：建立海底模型：在海洋空间建立三维坐标系，其中声源S位于(0,0,z_s)，单水听器R位于(r_r,0,z_r)，任意散射体的位置位于(x_b,y_b,0)，θ_ij是第j个散射体的入射掠射角，θ_sj是散射掠射角，是散射波的方向角；7个海底参数：海底密度ρ，海底声速c_p，海底衰减系数α_λ，海底表面粗糙度谱强度w₂和谱指数γ₂，海底不均匀性谱强度w₃和谱指数γ₃；步骤3：基于步骤2的海底模型对深海海底混响进行理论建模：RLmodel(f,zs,zr,tj)＝Intensity(f,zs,zr,tj)+NL(f,zr)  (1)tj＝tsj+trj  (3)其中，RLmodel(f,zs,zr,tj)为理论混响级，Intensity(f,zs,zr,tj)为混响强度；f是信号的中心频率，NL是接收深度为zr、频率为f时的海洋噪声强度，I0是声源级，cw是海水中的声速，αw是海水的吸收，tsj和trj分别是声源到散射点和散射点到接收水听器的时间，σj是散射截面，δAj是散射体的声照射区，tj与不同散射体传播时间的关系满足公式(3)；步骤4：对深海海底混响实验数据进行带宽为100Hz滤波处理：RLexp(f,zs,zr,tj)＝20log10(Veff(tj))‑mv‑10log10(Δf)  (4)其中，RLexp(f,zs,zr,tj)是实验混响级，Veff是有效电压值，mv是水听器灵敏度，Δf是滤波器的频带宽度；步骤5：采用多频联合反演，建立用于反演海底密度的代价函数：其中，m是用于反演的频率的个数，n是混响建模中散射体的个数；采用并行粒子群遗传优化算法，计算m个频率下的累积最小平方和误差，得到目标函数的最小值，此时对应的寻优参数最优值即为反演最优值；海底声速由Hamilton经验公式得到：cp＝2330.4‑1257.0ρ+487.7ρ2  (6)步骤6：将步骤5反演获得的海底密度和海底声速作为已知信息，建立用于反演衰减系数的代价函数：其中，l是爆炸声源的个数，TLexp(f,zs,zr,rrk)是传播损失测量值，TLmodel(f,zs,zr,rrk,αλ)是传播损失的模型计算值，代价函数取最小值时为海底衰减系数反演值。