[发明专利]一种改进的气枪阵列声场三维空间分布定量评价方法

说明书

本发明公开了一种改进的气枪阵列声场三维空间分布定量评价方法：设计气枪阵列配置，考虑多气泡相互作用，使用精确的范德瓦尔斯气枪子波模型在频率域对每个气枪的近场子波建模，考虑气枪阵列的空间方向性，在频率域中对不同垂向角和方位角的气枪声波建模，并滤波到1/3倍频程频带。近似地声参数，构建模拟海域的地声模型，考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对传输方向性的影响，对频率域的气枪三维声传输建模。对指定垂向角，通过将1/3倍频程声传输与1/3倍频程气枪阵列能级相结合来计算气枪阵列宽频带接收声压能级的三维空间数据。本方案可在频率域对特定海洋波导环境中气枪阵列震源宽带声场三维空间分布进行准确建模并定量评价。

技术领域

本发明涉及一种改进的气枪阵列声场三维空间分布定量评价方法。

背景技术

气枪阵列通过释放压缩空气，在水中产生振荡气泡，以此生成主要是低频能量的声脉冲用于海洋地震勘探，气枪阵列产生的声场频带范围很广，从低于10Hz到高于5kHz。

气枪阵列通常由各种容量的气枪组成，设计组合方式向下聚焦声能，用于海底构造成像，相当一部分能量以偏离垂直的角度传播到周围环境中，由于气枪阵列不同单枪之间的复杂交互作用和海洋环境(多径效应、声速剖面、海底损耗等)影响，导致气枪阵列声压在三维空间不同垂向角、方位角传输的频谱能量存在很大差异。

已有的模型中通常考虑不同气枪产生气泡相互作用和不同位置气枪近水平方向传输时的相移差对阵列方向性的影响，忽略了气枪阵列不同垂向角度的声传输以及不同气枪位置相移差异和不同气枪容量对声传输方向性的影响，这会导致模拟结果的偏差，进而也会对气枪阵列震源的设计、海洋地震勘探以及气枪阵列声辐射对海洋哺乳动物和鱼类潜在影响的评估产生较大影响。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的缺陷，提出一种改进的气枪阵列声场三维空间分布定量评价方法，将精确的范德瓦尔斯气枪阵列子波模型与改进的海洋声传输模型相结合，综合考虑了不同气枪产生气泡相互作用、不同位置气枪近水平方向传输时的相移差对阵列方向性的影响、气枪阵列不同垂向角度的声传输以及不同气枪位置相移差异和不同气枪容量对声传输方向性的影响，在频率域对特定海洋波导环境中气枪阵列震源宽带声场三维空间分布进行准确建模并定量评价。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种改进的气枪阵列声场三维空间分布定量评价方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤A、构建精确的范德瓦尔斯气枪阵列子波模型：设计气枪阵列配置；考虑多气泡相互作用，基于范德瓦尔斯气枪阵列子波模型在频率域对每个气枪的近场子波建模；考虑气枪阵列的空间方向性，在频率域中对不同垂向角和方位角的气枪声波建模，并滤波到1/3倍频程频带；

步骤B、构建改进的海洋声传输模型：近似地声参数，构建模拟海域的地声模型，考虑不同位置的气枪脉冲相移和不同容量气枪对传输方向性的影响，对频率域的气枪三维声传输建模；

步骤C、将气枪阵列子波模型和改进的海洋声传输模型结合：对指定垂向角，通过将1/3倍频程声传输与1/3倍频程气枪阵列能级相结合来计算气枪阵列宽频带接收声压能级的三维空间数据。

进一步的，所述步骤A中，基于范德瓦尔斯气枪子波模型模拟每个气枪的近场子波信号的原理如下：

对近场子波进行模拟时，考虑不同气枪产生气泡之间的相互作用，这会改变每个气泡的压力场，进而改变阵列方向性，通过在每个气枪子波信号中添加一个与时间相关的干扰项来实现，因此，第k个气枪产生气泡的有效静水压力为：

P_∞是静水压，是所有其他气枪产生气泡的压力作用之和，ΔP_i'k(t)这是由于气泡i'引起的气泡k处静水压力的扰动，气泡压力场的变化会影响焓：