[发明专利]一种爆炸声的声源深度和声源级的计算方法

说明书

本发明公开了一种爆炸声的声源深度的计算方法，基于接收船上悬挂的三个标准水听器组成的垂直接收阵实现，所述方法包括：从三个水听器的接收信号中分别估计直达声、海面反射声和海底反射声的到达时间，以声源深度SD、接收阵水平距离R、海深W以及接收阵的倾斜角度θ为参数；设计代价函数，使用Bellhop水声传播模型计算不同海深W、不同接收阵水平距离R、不同声源深度SD和接收阵的倾斜角度θ对应的三个水听器的各声线到达时间，当代价函数达到最小值时，对应的四个参数为声源深度SD₀、接收阵实际水平距离R₀、实际海深WD₀以及接收阵的实际倾斜角度θ₀，则爆炸声的声源深度为SD₀。此外，本发明还提供了一种爆炸声的声源级的计算方法。本发明的方法具有较高的精确度。

技术领域

本发明涉及水声物理领域，具体涉及一种爆炸声的声源深度和声源级的计算方法。

背景技术

在水声试验中，一般采用发射换能器、气枪或气动声源、爆炸声源等作为信号源，其中爆炸声源是海洋水声调查试验中的常用信号源。爆炸声源信号是一种大功率、宽频带的短脉冲，并且具有机动方便、无指向性且发射频带宽可以灵活进行的优点。爆炸声信号的声源深度和声源级测量工作与声传播的计算有着密切关系，具有重要意义。在过去的几十年里，爆炸声信号的建模仿真工作和爆炸声信号的声源级数据处理工作都取得了一定进展。

传统方法一般认为定深爆炸声源的爆炸深度为弹型所定深度(例如认为50g-100m弹型的爆炸深度为100m)，而在实际情况中，定深爆炸声源的声源实际爆炸深度通常在弹型所定深度处有所偏移；同时，传统的声源级测量方法通常采用发射点GPS和接收点GPS来计算接收阵的水平距离，而实际上，利用GPS来计算水平距离通常带来一定的误差，因此计算所得的声源级结果存在精确度较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服目前爆炸声的声源深度和声源级测量方法存在的上述缺陷，提出一种精准有效的爆炸声的声源深度和声源级的计算方法，该方法以声源深度、接收阵水平距离、海深以及接收阵的倾斜角度为参数设置合理的代价函数，当代价函数取得最小值时得到最优解，求得实际声源深度、接收阵实际水平距离、实际海深以及接收阵的实际倾斜角度。该方法可以弥补已有的传统的爆炸声声源深度和声源级计算方法的不足，避免直接利用GPS来计算接收阵水平距离和将定深爆炸声源爆炸深度作为实际爆炸深度带来的误差。

为了实现上述目的，本发明提出了一种爆炸声的声源深度的计算方法，基于接收船上悬挂的三个标准水听器组成的垂直接收阵实现，所述方法包括：

从三个水听器的接收信号中分别估计直达声、海面反射声和海底反射声的到达时间，以声源深度SD、接收阵水平距离R、海深W以及接收阵的倾斜角度θ为参数；设计代价函数，使用Bellhop水声传播模型计算不同海深W、不同接收阵水平距离R、不同声源深度SD和接收阵的倾斜角度θ对应的三个水听器的各声线到达时间，当代价函数达到最小值时，对应的四个参数为声源深度SD₀、接收阵实际水平距离R₀、实际海深WD₀以及接收阵的实际倾斜角度θ₀，则爆炸声的声源深度为SD₀。

作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：

步骤1)根据水听器的接收信号，获取直达声到达1号水听器的时间A1，海面一次反射声到达1号水听器的时间B1，海底一次反射声到达1号水听器的时间C1；直达声到达2号水听器的时间A2，海面一次反射声到达2号水听器的时间B2，海底一次反射声到达2号水听器的时间C2；直达声到达3号水听器的时间A3，海面一次反射声到达3号水听器的时间B3，海底一次反射声到达3号水听器的时间C3；