[发明专利]一种基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法

权利要求书

1.一种基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取海洋环境的温度和盐度的垂直剖面分布；

步骤2，基于声反射原理构建声回波预测模型，根据声回波预测模型获得声回波预测信号；

步骤3，利用海洋环境的温度垂直剖面分布、盐度垂直剖面分布以及声回波预测信号构建温跃层特征参数反演模型；

步骤4，对构建的温跃层特征参数反演模型进行求解，得到海洋温跃层的特征参数。

2.根据权利要求1所述的基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法，其特征在于，步骤1中，海洋环境的温度垂直剖面分布表示式为：

式(1)中，z为水深，α_i为温度EOF系数，T₀(z)为平均温度剖面，f_i(z)为特征向量。

3.根据权利要求2所述的基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法，其特征在于，平均温度剖面T₀(z)的计算公式为：

式(2)中，N为温度剖面的个数，t_i(z)为不同剖面的温度值。

4.根据权利要求2所述的基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法，其特征在于，特征向量f_i(z)的计算过程为：

首先通过得到温度剖面的距平值：

ΔT_i(z)＝t_i(z)-T₀(z) (3)

然后将距平值组成矩阵X：

再计算矩阵X的协方差矩阵S：

S＝XX^T (5)

再对协方差矩阵S做特征值分解得到特征值向量σ，则特征向量矩阵F有：

SF＝Fσ (6)

F＝[f₁(z)，f₂(z)，…，f_N(z)] (7)

σ＝[σ₁,σ₂，…,σ_N] (8)

最后对分解出的特征向量σ进行显著性检验，从而判断特征向量σ中的各个特征值是有物理意义信号还是噪音信号，检验公式为：

当式(9)成立，则特征值σ_k和σ_k+1是可分离的，再对特征值分解进行检验后，将特征值按从大到小的顺序进行排序，选取特征值较大的前m阶特征值对应的特征向量f_i(z)。

5.根据权利要求2所述的基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法，其特征在于，海洋环境的盐度垂直剖面分布是根据T-S关系对盐度进行多项式拟合，拟合公式为：

式(10)中，z为水深，P_k为盐度EOF系数，T(z)为温度的垂直剖面温度值。

6.根据权利要求5所述的基于声信号的海洋温跃层特征参数寻优反演方法，其特征在于，步骤2中，在根据声回波预测模型获得声回波预测信号时的具体步骤为：

首先构建声回波预测模型为：

y(n)＝h(n)*x(n) (11)

式(11)中，h(n)为海水环境介质的冲激响应，即当入射信号为δ脉冲时所接收到的回波记录，冲激响应h(n)包含着海洋温跃层结构的特征信息，y(n)为接收到的声回波信号，x(n)为入射声信号，*表示卷积；

然后再依据等时间厚度的分层介质模型，当输入信号为冲激信号δ(t)时，各分层的冲激响应信号表示为：

式(12)中，f(0,0)＝1,f(n,0)＝1，f(n，n)＝r₀r_n，n≥1，r_i为各分层的声反射系数，D(0)＝δ(t)为冲激信号，将计算得到的h(n)代入到式(11)便能得到声回波预测信号。