[发明专利]基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法

权利要求书

1.一种基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法，其特征是：声源发出的声信号S(t)经由海底反射，声信号传播到水听器，4个水听器的接收信号为：A₁(t)、A₂(t)、A₃(t)、A₄(t)，4个水听器信号的到达时刻为：t₁、t₂、t₃、t₄，将每个水听器的到达时刻及深度信息代入各自满足的方程，共计28个方程，求解方程组，获得海底参数、即c_b；α；h；n；θ，求解的另外24个变量为声线轨迹的位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法，其特征是所述声源发出的声信号S(t)经由海底反射具体包括：假设水层和沉积层中的声速恒定，水中的声速为c₀，沉积层中的声速为c，沉积层的折射率为n，声源Source点坐标为(0，0，H)，声源点处的沉积层厚度为h，海底的下边界为绝对硬，海底的倾斜角度为α，法线向量(0，sinα，cosα)，方位角度为θ；声源发出的声线射入沉积层的点I的坐标为(ρ₁，β₁，0)，经由沉积层在海底发生反射，反射点的坐标P为(k₁ρ₁cosβ₁，k₁ρ₁sinβ₁，-(k₁ρ₁sinβ₁tanα+h))，经反射后从沉积层反射出来的点S的坐标为(rcosθ+ρ₂cosβ₂，rsinθ+ρ₂sinβ₂，0)。

3.根据权利要求2所述的基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法，其特征是水听器Receiver的坐标为(r，θ，Z)。

4.根据权利要求3所述的基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法，其特征是所述各自满足的方程包括：

k₁ρ₁cosβ₁＝rcosθ+k₂ρ₂cosβ₂        (1)

k₁ρ₁sinβ₁＝rsinθ+k₂ρ₂sinβ₂        (2)

ρ12ρ12+H2=n2(k-1)2ρ12(k1-1)2ρ12+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2---(3)]]>

ρ22ρ22+Z2=n2(k2-1)2ρ22(k2-1)2ρ22+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2---(4)]]>

(k1-1)ρ1sinβ1tanα-(k1ρ1sinβ1tanα+h)[(k1-1)2ρ12+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2]1/2=(k2-1)ρ2sinβ2tanα-(k1ρ1sinβ1tanα+h)[(k1-1)2ρ22+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2]1/2---(5)]]>

tanα(k1-1)n2(ρ12+H2)-ρ12(rcosθ+ρ2cosβ2-ρ1cosβ1)=(k1-1)(k2-1)ρ1ρ2sin(β2-β1)---(6)]]>

t=1c0{ρ12+H2+ρ22+Z2}+1cb{(k1-1)2ρ12+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2+]]>

(7)

+(k2-1)2ρ22+(k1ρ1sinβ1tanα+h)2}]]>

其中，ρ₁，ρ₂，k₁，k₂，β₁，β₂为声线的位置信息，(ρ₁，β₁，0)为柱坐标系下声线射入沉积层的点的坐标，ρ₂为反射后从沉积层反射出来的点与水听器水平面投影之间的距离，β₂为反射后从沉积层反射出来的点与水听器水平面投影之间的连线与x轴的夹角，k₁，k₂为大于1的比例系数；c_b，h，n，α，θ为海底参数，c_b为沉积层中的声速，h为声源处的沉积层厚度，n为声线从水层射入沉积层的折射率，α为海底倾斜角度，θ为水平偏转角度；H，Z，r为声源和水听器的位置信息，(0，0，H)为声源的坐标，(r，θ，Z)为水听器的坐标。

5.根据权利要求4所述的基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法，其特征是所述求解方程组，获得海底参数、即c_b；α；h；n；θ包括：将实验测得的4条声线传播时间代入(1)-(7)式构成的4个方程组，求解方程组获得海底参数；或者通过仿真的方法验证三维海底参数的反演方法，即已知海底参数(c_b，h，n，α，θ)，通过仿真求解不同深度下由(1)-(6)式构成的4个方程组，将求得4条声线的传播轨迹变量(ρ₁₁，ρ₁₂，k₁₁，k₁₂，β₁₁，β₁₂，ρ₂₁，ρ₂₂，k₂₁，k₂₂，β₂₁，β₂₂，ρ₃₁，ρ₃₂，k₃₁，k₃₂，β₃₁，β₃₂，ρ₄₁，ρ₄₂，k₄₁，k₄₂，β₄₁，β₄₂)代入各自所满足的(7)式就可以计算各条声线传播时间，再利用仿真的4条声线传播时间分别代入各自的由(1)-(7)式构成的方程组，再由这28个方程构成的1个大方程组来共同反演海底参数(c_b，h，n，α，θ)，形式如方程组(8)所示，其中F₁-F₇分别代表方程(1)-(7)的函数；