[发明专利]基于沉积层形成机理的陆坡海域海底地声参数获取方法

说明书

本发明公开了一种基于沉积层形成机理的陆坡海域海底地声参数获取方法，包括：步骤1)从待探测的陆坡海域区域中选定一条等深线，然后确定平行于等深线方向的S1S3测线和垂直于等深线方向的S2S4测线；两条测线相交于测线的中点O1；步骤2)根据S1S3测线上的海底声学参数的均匀分布特性，获取S1S3测线上的海底地声参数，从而得到中点O1的海底地声参数；步骤3)根据中点O1的海底地声参数，以及S2S4测线上的海底地声参数的分段分布特性，分段计算S2S4测线上的海底地声参数；步骤4)根据平行于等深线方向的海底地声参数的均匀分布特性，将S2S4测线上的每一段海底地声参数按平行于等深线方向进行扩展，由段及带，由带及面，获取待探测的陆坡海域区域的海底地声参数。

技术领域

本发明涉及水声物理领域，具体涉及基于沉积层形成机理的陆坡海域海底地声参数获取方法。

背景技术

海底声学参数在水下目标定位、环境监测等方面都是极为重要的水声参数，而陆坡过渡海域作为非典型深海大洋环境，海底底质类型分布变化多样，现场直接测量的方法难以满足实际应用中快速获取大面积海底参数的需求。因此，利用声学反演方法来获取海底地声参数并进行海底地声建模的研究得到了国内外学者的广泛关注。目前常用的地声反演方法是匹配场反演方法和声传播损失最小二乘方法，但是都是基于单点、单线进行，不能快速获取大面积海底地声参数。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出一种基于沉积层形成机理的陆坡海域海底地声参数获取方法，该方法从沉积层的形成机理出发，建立陆坡海域的海底地声模型，以明确的物理意义保障所建立的海底模型的可解释性和可验证性；首先通过传统的匹配场和声传播损失最小二乘法，对平行于海区等深线方向的测线进行地声反演；其次，基于沉积层的环陆分布和环带分布特性，对垂直于海区等深线方向的测线进行分段地声反演；最后，基于沉积层的环陆分布和环带分布特性，由段及带，由带及面，可实现陆坡海域大面积海底地声参数的获取。

为实现上述目，本发明提出了一种基于沉积层形成机理的陆坡海域海底地声参数获取方法，所述方法包括：

步骤1)从待探测的陆坡海域区域中选定一条等深线，然后确定平行于等深线方向的S1S3测线和垂直于等深线方向的S2S4测线；两条测线相交于测线的中点O1；

步骤2)根据S1S3测线上的海底声学参数的均匀分布特性，获取S1S3测线上的海底地声参数，从而得到中点O1的海底地声参数；

步骤3)根据中点O1的海底地声参数，以及S2S4测线上的海底地声参数的分段分布特性，分段计算S2S4测线上的海底地声参数；

步骤4)根据平行于等深线方向的海底地声参数的均匀分布特性，将S2S4测线上的每一段海底地声参数按平行于等深线方向进行扩展，由段及带，由带及面，从而获取待探测的陆坡海域区域的海底地声参数。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：

海底地声参数反演是通过测量数据所携带的海底信息来反推海底模型参数，其代价函数E₁(m)为宽带非相干Bartlett匹配器：

式中，m为待反演的参数向量,包含沉积层厚度、沉积层声速和基底层声速三个量；N_f代表频率点数，H代表复共轭转置，p_n和q_n(m)分别为垂直阵接收的第n个频点的声压场向量和拷贝场向量；

在使用宽带非相干Bartlett匹配处理时，首先将海底衰减系数的经验值作为海底衰减系数α；按m的经验值给出m的搜索区间，使用模拟退火算法在区间上进行搜索，当(1)式中代价函数取最小值时，m值即为待反演的参数向量的最优解；