浅海海底声学参数反演.pdfVIP

浅海海底声学参数反演* 刘建军 李风华 郭良浩 肖灵 张仁和 (中国科学院声学所声场声信息国家重点实验室 100080) Inversion of Shallow-water bottom Sound Parameters Jianjun Liu, Fenghua Li, Lianghao Guo, Ling Xiao And Renhe Zhang (National Laboratory of Acoustic, Institute of Acoustic, CAS, Beijing 100080) 1 引言 在浅海 海底声学特性对声波的传播具有重要影响 快速有效地获得海底声参数 对 声场预报 匹配场定位等问题都具有重要意义 由于对海底参数的直接测量比较困难 所以 声学反演方法受到了广泛的重视 近年来 已经发展了很多反演海底声参数的方法 如 负 跃层浅海梳妆结构反演海底特性 近场脉冲波形反演海底声速 群速度反演海底声速 垂直 阵反演海底声速 传播损失反演海底衰减 混响信号反演海底反射和散射特性等 本文将对 这几种反演方法进行一些讨论和分析 更详细的讨论参阅参考文献 根据对声传播的理论分析 对于不同的反演方法 采用了两类不同的海底描述方法 一 海底反射系数 二 等效海底声参数方法 在文献[1] 中的详细讨论表明一般情况下 海底表层的参数对声场影响最大 可以采用等效海底声参数方法 本文下面分别对两次实验 数据采用不同的方法反演了实验海区的海底特性 并对反演结果进行了分析 比较了各种方 法的适用范围和反演性能 [2] 2.1. 负跃层浅海梳妆结构 反演海底特性 在负跃层浅海中 当声源与接受器都位于负跃层上时 接收到的脉冲信号有明显的梳状 结构 通过比较数值计算的脉冲波形与实验的脉冲波形可以获得掠射角为 arccosc(H ) c(0) 在本次实验中 16 度 对应的海底反射系数 图 1(a)是实验海区的水 文 图2(b)给出了数值与实验的脉冲波形比较 其中数值与实验的脉冲波形的波形相关接近 0.9 反演得到的海底反射系数见表2 详细的反演方法见参考文献[3 4] 2.2 简正波干涉结构反演海底声速 在负跃层浅海中 当声源与接受器都位于负跃层下时 接收到的脉冲信号有简正波的干 涉结构 当声源与接受器距离比较近时 海底衰减对声场的影响比较小 所以通过比较数值 与实验的脉冲波形可以得到该实验海区的海底声速 图2(c)给出了数值与实验的脉冲波形的 比较 反演得到的海底声速见表2 具体的反演方法见文献[5] 2.3 传播损失反演海底衰减 在反演得到声速的基础上 利用传播损失曲线可以反演海底衰减 图 2(d)给出了数值与 * 国家自然科学资金资助项目 批准号 1 实验的传播损失的比较 反演得到的海底衰减见表2 反演方法见文献[5] 2.4 垂直阵反演海底声速 通过一个垂直阵接收到单频 多频信号与数值模拟的信号比较也可以反演海底参数 反 演结果见表2 反演方法见文献[6 7] 0 数值计算波形 ） 20 米 （ ，