[发明专利]一种海底声学特性的单参数模型的建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋声学和海洋工程领域，特别涉及一种海底声学特性的单参数模型的建立方法。

背景技术

海底声学参数是海洋资源调查、声场预报、声纳系统性能预报等应用的基础，因此研究海底参数的获取方法具有重要的意义。

通常通过建立合适的地声模型来研究海底声学特性，实际海底沉积环境复杂且区域环境相差明显，不可能由任何单一的地声模型来确定，但是在较广的区域内外推一个一般化的模型用于描述海底特性并进行声场预报是可行的。

利用接收到的水声信号数据，采用信号处理的方法逆推海底声参数，即声参数反演方法是大尺度获取海底参数方便、经济、高效的途径，部分方法已经在工程实际中发挥着重要作用。但是绝大多数的反演方法由于同时反演密度、声速等多个参数，是对多维参数求解。这样使反演过程需要测量的物理量多、必须使用精确的水听器阵、且结果需要通过全局寻优算法获得，需要事后处理，无法满足海上实时实现的迫切需要。

通过耦合多个参数而得到一个等效参数，建立一种尽量简单的等效海底模型，得到该模型下较为准确的声传播预报方法，进而获得测量简单、反演速度快的海底声学参数反演方法。

根据大量海底反射系数测量的历史数据分析，对于高声速海底，小掠射角内海底反射损失随掠射角近似线性增长，经过一个剧变区后到临界角趋近于常数。考虑到超过临界角的声衰减非常大，通常数公里以后对声场的影响就可以忽略，因此一定距离后对声传播起主要作用的是小掠射角内的海底反射，小掠射角内海底反射损失的性质是至关重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服海底参数反演方法由于同时反演密度、声速等多个参数，需要测量的物理量多、必须使用精确的水听器阵、且结果需要通过全局寻优算法等需要事后处理，从而提出一种利用单参数描述海底声学特性的方法，将多维反演过程降为一维，用单个水听器测量、信号处理简单、反演结果稳健，可直接获得声学特性结果。

为达到上述目的，本发明提供了一种海底声学特性的单参数模型的建立方法，将小掠射角内海底反射损失BL随掠射角近似线性增长的斜率定义为海底单参数F_dB，即其中，所述海底单参数F_dB按照如下公式计算得到：

FdB=1π(cc1)2ρ1αρ(1-(cc1)2)3/2,]]>

其中，c和ρ分别为海底附近的海水声速和密度，α为声衰减系数，c₁为海底压缩波波速，ρ₁为海底密度。

该方法将多个海底声学参数耦合成了一个等效参数，将小掠射角内海底反射损失随掠射角近似线性增长的斜率定义为海底单参数。由于超过临界角的声衰减非常大，通常数公里以后对声场的影响就可以忽略，因此一定距离后对声传播起主要作用的就是小掠射角内的海底反射，经证明这种单参数模型可以较好地描述海底声学特性。

并且，用地声反演方法获取这种单参数可以将一般的多维反演过程降为一维，而且待测物理量少、信号处理简单、反演结果稳健。