[发明专利]基于倒置式多波束回声仪的声速剖面反演方法

摘要

本发明公开了一种基于倒置式多波束回声仪的声速剖面反演方法，该方法包括以下步骤：将多波束回声仪倒置式安装于水下潜标或者固定于水底，通过发射换能器阵向水面发射波束，通过接收换能器阵接收回波信号；多波束回声仪根据接收到的回波信号获得回波的到达角和到达时间；根据声速剖面先验信息求解EOF，得到声速剖面的降维基函数描述方法；结合EOF、声线跟踪算法、表面声速以及多波束数据，建立优化模型；根据建立的优化模型、接收到的回波的到达时间和到达角以及表面声速，利用优化算法获得测量区域声速剖面的估计结果。进一步，利用声速剖面的估计值计算测量区域的水温剖面。本发明能够快速、准确地跟踪声速剖面及温度剖面的起伏变化。

主权项

1.一种基于倒置式多波束回声仪的声速剖面反演方法，其特征是，包括如下步骤：(1)将多波束回声仪倒置式安装于水下潜标或者固定于水底，通过发射换能器阵向水面发射波束，通过接收换能器阵接收回波信号；(2)多波束回声仪根据接收到的回波信号，获得回波的到达角和到达时间；(3)根据声速剖面先验信息，求解经验正交函数EOF，得到声速剖面的降维基函数描述方法：某一时刻t，声速剖面可以表示为：式(1)中，z表示深度；c₀(z)表示深度z处的平均声速，Δc(z,t)表示扰动量；i表示EOF的阶数，1≤i≤I，I表示EOF的总阶数，α_i(t)表示第i阶EOF系数，ψ_i(z)表示第i阶EOF；(4)结合EOF、声线跟踪算法、表面声速以及多波束数据，建立优化模型：式(2)中，K为权重系数，Toa_meas(t)为t时刻所有波束到达时间的实际测量数据，Toa_est(t)为t时刻所有波束到达时间的估计值，c_0meas(t)为t时刻多波束回声仪接收换能器阵所在位置声速的测量数据，c_0est(t)为t时刻多波束回声仪接收换能器阵所在位置声速的估计值；为测量算子，可根据声线跟踪算法进行计算，Doa_meas(t)为t时刻所有波束的到达方向测量值；(5)根据步骤(4)建立的优化模型、步骤(2)中接收到的回波的到达角和到达时间以及接收换能器阵所在位置声速的测量值，利用优化算法获得EOF系数的反演值，进而利用式(1)获得声速剖面的估计结果。