[发明专利]一种深海有效声速确定方法

说明书

本发明公开一种深海有效声速确定方法。所述方法应用于一种深海有效声速确定装置，所述装置包括发射点、接收点和水下移动载体，所述发射点安装在海面上，所述发射点的深度不变，所述接收点安装在所述水下移动载体上，所述接收点的深度随着所述水下移动载体移动，所述水下移动载体能够测量发射点与接收点之间的声速剖面以及所述发射点和所述接收点的水平距离。采用本发明能够将积分运算由原来从发射点到接收点的全程积分，转化为接收点深度变化对应的局部积分式，积分计算量有了极大的减少，从而实现深海有效声速的快速计算。

技术领域

本发明涉及声速传播领域，特别是涉及一种深海有效声速快速确定方法。

背景技术

水声定位系统通过测量从发射点到接收点的传播时间，然后将传播时间转换为发射点和接收点之间的斜距，最后实现水下定位。然而，声速在垂直方向的不均匀分布以及由此产生的声线弯曲，使得声信号从发射点到接收点的传播距离要大于发射点与接收点之间的斜距，对水声定位系统的测距精度和定位精度均会产生很大程度的影响。因此，必须对声线弯曲进行修正。

一种思路是利用声线跟踪技术。声线跟踪技术利用分层近似、逐层计算的方法对声线弯曲进行补偿，从而达到改善水声定位系统定位精度的目的。但是声线跟踪技术需要在定位精度与运算量之间进行平衡，给实际应用带来了很大制约。

另一种思路是利用有效声速技术。有效声速v_e为发射点-接收点的斜距R与发射点-接收点的传播时间T_t的比值。相应的，发射点-接收点的斜距R等于传播时间T_t和有效声速v_e的乘积。由于水下传播时间的测量精度很高，因此斜距R的精度取决于有效声速v_e的精度。

在只考虑直达波的区域(超短基线和长基线定位系统都工作在这一区域)，有效声速v_e为发射点深度z_A、接收点深度z_B、两者之间的俯仰角β、两者之间声速剖面c(z)的函数，称之为泰勒级数分析法，即

其中为算术平均声速；为均方算术平均声速(用于快速计算)；C₂，C₃，C₄分别为2阶、3阶、4阶声速系数；J₂，J₃，J₄分别为2阶、3阶、4阶J函数，即

因此，利用泰勒级数分析法计算有效声速v_e需要的信息为发射点深度z_A、接收点深度z_B、两者之间的俯仰角β、以及两者之间声速剖面c(z)。

利用泰勒级数分析法计算有效声速v_e的主要计算量体现在两个积分运算上，即式(2)和式(4)。只要发射点或接收点深度发生变化，就需要重新计算相应的v_e。在深海情况下，发射点与接收点之间深度通常相差很大，且两者之间实际声速剖面很复杂，导致式(2)和式(4)的积分计算量非常大，难以满足实际应用需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海有效声速确定方法，能够快速准确的确定有效声速。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：