海底声参数反演研究与应用

发布时间：2020-06-04 20:59

【摘要】：目前人类所知唯一能在水下远距离传播的能量形式是声波。海底沉积物的声速、密度、衰减系数、分层结构等声参数是浅海声场数值预报、匹配场定位、潜艇沉底隐蔽地点选择等应用中所必需的参数。关于海底声学特性研究已成为我国国防部门的重要课题。另外，，海底声参数也是海底施工、海洋矿产资源、海洋油气平台、港口码头建设、渔业资源、专属经济区界定等领域所必不可少的信息。本文针对海底声参数反演问题，进行反演算法研究和海试海底声参数反演应用及其底质类型识别应用研究。 本文综合了层剥法和大域优化算法的特点，提出海底声参数复合反演方法：采用层剥法反演海底声阻抗剖面，由海底声阻抗剖面结合Hamilton经验公式分离海底声速、密度剖面；利用不同深度界面的回波频谱分析提取衰减系数剖面。获得海底声参数分布的初始估计值，建立优化算法的初始模型。在已建立初始模型的基础上，采用大域优化算法(如遗传算法)获得海底声参数的最优解。该方法克服了大域优化算法中初始模型先验性的缺点，基于实验数据建立初始模型并最优。在层剥反演声阻抗剖面的步骤中，为了得到合理正确的冲激响应序列，提出复合判据和分段抽取、平滑接续算法。在大域优化算法正演海底回波步骤中，给出了介质模型包含衰减的正演算法。 海底声参数反演研究及应用 海底回波信号分为相干分量和非相干分量，回波中的相干分量是反射信号和 散射信号中的相干成分的贡献，而回波的非相干分量是散射信号的贡献。利用相 干分量反演等效海底声阻抗，不同海底底质类型对相干分量的贡献不同，反映在 声阻抗剖面上存在不同信息，相干分量反演可以获得稳定的声阻抗值的反演结果， 结合Hamilton经验公式分离声速、密度。为了获取并验证适用的海底声参数反演 方法，分别在2001年9月和2002年8月在黄海的7个站位进行了海底声参数实 验，采用柱状重力管进行采样，在5个站位获得了有效的海底沉积物采样，实验 室内分析样本声参数用作反演结果比对。在2002年的0206项目综合海试的第一 个航次中，进行了南海实验，获得部分海底实验数据。应用分段抽取、平滑接续、 复合判据的求解海底冲激响应的方法反演海底声参数。实现海底10一20米深度较 高分辨率(25一30cm量级)、较高精度(表层误差小于9%)的海底声阻抗剖面/声 速剖面/密度剖面的反演。 海底声参数反演结果可以用作海底底质类型辨识;除此之外，利用小波分析 多分辨率的特点，提取了海底声阻抗剖面起伏特征的一个特征量，可以区分砂质、 粘土底质类型。
【图文】：

图292002年8月黄海实验海区站位及海底底质类型分布表32002年8月黄海实验站位、水深列表站位号站位地址GPS水深(m)户O八曰OJqo仄JS11Q口勺了Q口q

本文编号：2696966