[发明专利]一种利用简正波耦合干涉的海洋环境监测方法

说明书

本发明提供的是一种利用简正波耦合干涉的海洋环境监测方法。发射宽带声信号，得到海洋环境发生变化时，接收点处的声压场；利用模态滤波方法，将声压场进行模态分解，得到各阶简正波的声压分量；将各阶简正波声压分量和自身共轭相乘，得到各阶简正波和自身共轭的干涉图样；根据干涉图样，利用波导不变量法得到干涉图样中的干涉条纹斜率，并根据这一斜率和海洋环境变化的有关参数的关系，对海洋环境变化进行监测。本发明能够稳定、快速地计算实际中具有时空变化特性的海洋环境下的声场。本发明能够从复杂的声场干涉图样中得到清晰简单且物理意义明确的干涉图样更易于提取海洋环境变化的特征信息，有助于实现海洋环境变化的预警和监测。

技术领域

本发明涉及的是一种海洋耦合简正波干涉特性以及海洋环境变化监测方法。

背景技术

声波在海洋中传播，产生了声场。实际海洋环境是时变和空变的，这会使得在其中传播的声信号的幅度和相位产生畸变，从而使接收到的声信号具有时频干涉和空频干涉特性，而这些干涉特性能够在一定程度上反映出海洋环境的变化情况及相关参数。然而，现有方法很难从声场中获取海洋环境变化的有关信息，因此，无法预报和测量引起这些海洋环境变化的有关因素。

为了从声场中提取海洋环境信息，一系列的声学模型和声场算法被相继提出，如声场的时频干涉、波导不变量分析法、波数积分方法、谱分解等。这些方法能够在一定程度上提取海洋环境变化的有关信息，但是往往依托于整个声场的信息，所得结果较为复杂，难以进行直观的分析。而各阶简正波之间的干涉能够得到清晰的干涉图样和明确的物理意义，便于分析。所以，为了得到清晰简单的干涉图样，以便对结果进行分析，对每一阶简正波的干涉结构的分析研究是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作性强，计算量适中，结果清晰、稳定且物理意义明确的利用简正波耦合干涉的海洋环境监测方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)发射宽带声信号，得到海洋环境发生变化时，接收点处的声压场p(R,z；f,r₀)，其中R为接收器到声源的距离，z为接收点所在深度，f为声波频率，r₀为孤立子内波到声源的距离；

(2)利用模态滤波方法，将步骤(1)得到的声压场p(R,z；f,r₀)进行模态分解，得到各阶简正波的声压分量p_n(R,z；f,r₀)；

(3)将步骤(2)得到的各阶简正波声压分量p_n(R,z；f,r₀)和自身共轭相乘，得到各阶简正波和自身共轭的干涉图样

(4)根据步骤(3)得到的干涉图样，利用波导不变量法得到干涉图样中的干涉条纹斜率，并根据这一斜率和海洋环境变化的有关参数的关系，对海洋环境变化进行监测。

本发明提供了一种高效准确的海洋声场监测技术，能够从声场中充分提取海洋环境信息并由此监测海洋环境变化，如内波、锋面、涡旋、洋流等对声场带来的影响。现有的声场计算技术虽然能够进行声场计算和海洋环境信息提取，但往往依托于整个声场的信息，而不关注每一阶简正波的干涉结构，因此存在于各阶简正波之间的干涉中的重要信息往往会被忽略。本发明针对每一阶简正波的干涉结构，能够稳定、快速地从中提取海洋环境变化的有关信息，物理意义明确，图像清晰。相比其他声场计算技术，本发明能在复杂的声场干涉中，得到相对简单清晰且物理意义明确的简正波干涉图样，极大简化对声场干涉的分析以及海洋环境变化信息的提取。

本发明所采用的技术是，在海洋环境变化的情况下，将简正波耦合、模态滤波、简正波干涉和波导不变量法结合起来计算和分析声场，以达到快速简单提取海洋环境变化信息，并对海洋环境变化进行预警和监测的目的。

本发明基于的原理如下：

声场中的声压