水平阵海底地层参数反演.研究

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1、哙尔滨工程大学硕士学位论文第l章绪论1．1概述随着科学技术的高度发展，人们对海洋的认识逐步得到深化，海洋因其战略的重要地位和经济上的无穷潜力而越来越被人们所重视。以研究海洋中声波传播规律为对象的水声学，肩负着运用声学方法描绘水下情况、借助海洋波导传递信息以及测量海洋特性的使命。近年来，军事需求的重点发生转移，浅海区域声纳性能分析预报对水声建模的挑战促进了海底声学参数反演、三维声传播模型等新技术的发震。水声学通常将海底对声场产生巨大作用的海域称为浅海。浅海环境中，海底底质的声学特性如：海底的密度、声速、衰减等参数对声传播有着重要影响，进一步影响声场准确预报、声呐作

2、用距离估算及声源的定位等。浅海声学由于海底的影响，多途与频散效应严重，比深海复杂得多。而海底的声学参数很难直接测量，利用声波信息大范围的探测及反演海底特性，具有海底取样测量(局部)所无法比拟的优点。所以，海底参数反演问题近年来成为水声界的一个热点问题H胡。1．2研究背景和意义从水声的正向和反向运用中可获取海洋的有用信息。正向的方法包含传统的声呐应用。反演则是从海洋物理特性的直接测量中获取信息，将直接的物理测量与水声学的理论模型结合起来。目标是以理论模型为指导，从稀疏豹物理测量中估计细致的水声场。声反演技术已被震于地球物理的几个分支学科，包括地震学、气象学和海洋学

3、。海洋声学一方面探索海洋环境(海面波浪、海水非均匀性以及海底结构)的时空变化对声场影响的规律(正演问题)；另一方面研究如何利用声波来探测海洋结构以及海中物体的位置与特性垆1(反演问题)。海洋声反演利用三个自然现象中的一个：传播、噪声或混响嘲。利用海洋声传播特性的声反演方法包括匹配场处理、海洋声层析以及地声参数反演。噪声场反演应用的实例包括风速确定、降翁量渊量、物体造影和地声反演等，混响场作为反演技术的运用与之类似。基于三个原因，声反演技术应用于海洋边界与志帮的动态哈尔滨工程太学硕士学位论文blil．．．．．．"'1''i"薯眷蒜研究显示出极大的希望。首先，通过提

4、供海洋内部的概要描绘和海表面的同步现场数据，声反演数据可被用于建立～个可比较的基础；其次，声反演技术经常给出一大类海洋现象靛有用分析，因为声反演的成功应用毒}常主要地依赖于海底物琏模型，这些模型最初是用于理解海洋声介质的角色：最后，反演数据提供海洋环境在空阆综合与时闻平均意义上韵估计，两该{砉计难以从传统的海洋学传感器获取。海底是海洋底质学和地球物理学的研究对象之～，海底研究的内容主要包括海底的结构、地形她貌和沉积层等。在水声学研究的发展过程巾，入们逐步认识到海底对水声传播影响的重要性，许多研究工作者研究了沉积层的声学特性以及水声信号与沉积层的褶互幸馨用F蔫霉。

5、海底既是水声信芍的吸收体，同时又是水声信号的传播介质之一。海底结构、地形地貌和沉积层等对声传播影响十分复杂，其中商两个原露搜褥声波从海底反射毖海面反射复杂得多：(薹)海底结构酶变化范围大，例如，海底结梅从硬岩变纯到软混，这使得海底的声学特性在很大范潮蠹变化；(2_)海底底质结构其有分层的特点，餐层的密度和声速随深度的变化两逐渐地藏突然地改变。在全世赛范围内不同海洋区域具有各自不同的海底结构、地形地貌和沉积层特点；嚣两，预报海底对声传播熊影响变得十分溪难。不同海域海底性质彼此差异很大。德大多数地区海底均可近似认为是分层介质u遐。海斌性质对声传播规律影响很大。根据底

6、质采样在实验室分析测量的结果，因为在采样过程中不可避免地将破坏魔质结构情况，所以和海上实测数据往往存在明显差异。海底参数瞧直接测量非常困难和昂贵，丽且也非鬻耗费时间，即使测爨得至《的也是局部海底的特性。所以，直接测量只有在短距离内才可以实现，在相对长距离上的直接测量因采样点过于稀疏而变得意义不大。所数，用声传播测量的反演来替代大范圈海域的直接测量，得到了很大的重视和关注，有着良好的发展前景。利用反演投术，所期望的海底声学参数就封酉簏快速、低成本地从海洋波导声传播的前向测量中提取邀来。2哈尔滨工程大学硕士学位论文1．3海洋水声环境反演的研究历史和现状海洋水声环境反

7、演受到了越来越多的国内外专家和学者的关注，很多水声学者提出了多种海洋水声环境参数的反演方法，使得海洋水声反演技术得到了长足的发展。匹配场处理、海洋声层析以及地声参数反演等声反演技术更是以其优越的特性Ⅲ’1五"1，广泛应用于水声反演的多个领域。近年来，浅海声学成为国内外专家的研究热点，浅海声学由于海底的影响，多途和频散效应严重，因此，许多专家对海底参数的反演进行了深入的研究。同时，有多种反演方法相应被提出并应用于某些特定海区，如匹配场反演、脉冲反演、传播损失反演、简正波过滤技术反演、声场垂直相关性反演及基于水平纵向相关反演等醛¨哪。匹配场处理技术的应用是很有吸弓l

8、力的，这个技术很有希望成