[发明专利]一种基于声场干涉现象的弹性海底声源运动参数估计系统及估计方法

权利要求书

1.一种基于声场干涉现象的弹性海底声源运动参数估计方法，其特征在于：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：分析弹性海底波导环境的简正波模态特性与干涉结构特性；

步骤二：根据步骤一的干涉结构特性，进行时频干涉结构的二维傅里叶变换，提取谱密度峰值；

步骤三：基于步骤一的弹性海底波导简正波模态特性，以及步骤二计算得到的谱密度峰值点坐标，完成声源运动参数的估计。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤一中，

所述弹性海洋波导环境包含海水层、弹性沉积层与岩质基底；

海水层介质为理想流体，在深度z时其声速为c(z)，其密度ρ与深度、距离无关；

弹性沉积层的参数有纵波波速c_p1、横波声速c_s1、密度ρ₁、纵波传播损失α_p1、横波声速α_s1与沉积层深度H₁；

岩质基底的参数有纵波波速c_p2、横波声速c_s2、密度ρ₂、纵波传播损失α_p2、横波声速α_s2。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤一中，

将一般波导中的简正波表达式，写为分析干涉结构的简正波幅度与e指数的表达式：

其中简正波幅度A_n(ω,r)的表达式为：

根据声压场表达式写出简正波干涉幅度I_mn(ω,r)表达式：

根据公式(1)(2)(3)的各阶模态简正波干涉幅度，分析得到在当前弹性海底波导中声场干涉结构起到主要贡献的简正波模态。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于：在步骤二中，

根据水听器接收信号的声强LOFAR谱图I(ω,t)进行二维傅里叶变换，如式(4)：

其中v_r是声源运动的径向速度，Δt是观测时间长度，ω₀是观测频段中心角频率，Δω是观测频段宽度，ν是傅里叶变换因子中的频移，τ是傅里叶变换因子中的时延。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：在步骤二中，

在频移-时延域上不同角度系数方向的谱密度F(τ,ν)幅度分布检测器Y(ε)写为：

根据式中检测器得到的角度系数最大值，确定该方向上存在的距离原点最近的、由相邻模态简正波形成的峰值点坐标(τ₁,ν₁)。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：在步骤三中，

基于步骤二计算得到的谱密度峰值点坐标与弹性海底的简正波模态特性，给出声源运动参数估计的表达式：

其中N_f是步骤一分析得到的携带主要能量的第一阶简正波阶数，N是分析得到的携带主要能量的简正波阶数，β值是基于式计算得到的干涉不变量值：

其中k_n(n+1)是相邻模态简正波本征值之差。

7.一种基于声场干涉现象的弹性海底声源运动参数估计系统，其特征在于：

所述系统包括：特征分析模块、傅里叶变换模块以及运动参数估计模块；

特征分析模块，用于分析弹性海底波导环境的简正波模态特性与干涉结构特性；

傅里叶变换模块，根据分析得到的干涉结构特性，进行时频干涉结构的二维傅里叶变换，提取谱密度峰值；

运动参数估计模块，根据分析得到的弹性海底波导简正波模态特性，以及计算得到的谱密度峰值点坐标，完成声源运动参数的估计。