專利名稱：一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于聲學(xué)方法的海洋底質(zhì)地聲參數(shù)測量和反演領(lǐng)域，主要是一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法。
背景技術(shù)：
在淺海海洋聲學(xué)中，由于聲能量與海底、海面交互頻繁，一些海底地聲參數(shù)知識， 如海底密度、聲速和衰減系數(shù)，在預(yù)測淺海環(huán)境下的聲納系統(tǒng)性能(特別是一些?；幚矸椒?中起著重要的作用。目前，基于聲學(xué)方法的海洋底質(zhì)地聲參數(shù)測量和反演方法主要有兩類。一類是基于平面波的反射和透射理論測量海底底質(zhì)的聲阻抗(密度和聲速的乘積)；另一類是基于柱面波傳播理論建立聲傳播模型，然后結(jié)合假定的海底地聲參數(shù)模型， 通過匹配搜索的方法來反演地聲參數(shù)，如匹配場反演方法。其中第一類方法由于聲波透射到海底沉積層的透射角很難實際測量得到，早先的方法是利用垂直入射(此時，聲透射角與界面法向夾角為零度)來測量海底參數(shù)。這種方法缺點是由于聲波垂直入射，大部分聲能量可透射到沉積層中，因而反射能量較小，需要大功率、窄指向性的發(fā)射聲源，特別是當(dāng)頻率較低時，聲源造價昂貴且體積大；另外，這種方法只能測量海底底質(zhì)的聲阻抗，而無法獨立測量密度和聲速。第二類方法目前較為常用的方法是匹配場反演，這種方法的缺點是計算量大，它往往結(jié)合模擬退火、遺傳因子等非線性算法來完成環(huán)境參數(shù)的搜索；另外，為了能較準(zhǔn)確地反演地聲參數(shù)，這類方法往往需要測量多個接收距離上的聲傳播數(shù)據(jù)，代價較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述技術(shù)的不足，而提供一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，包括步驟如下(1)利用垂直陣接收的聲源數(shù)據(jù)估計出前4條路徑到達垂直陣等效聲中心處的時間tn、入射掠射角θ νη和能量&，利用到達時間tn和水中聲速計算出4條聲線的傳播距離 rn，利用入射掠射角θ vn根據(jù)snell定律計算出聲線到達海底附近處的入射掠射角θη;(2)根據(jù)平面波反射理論和snell定律，利用測得的4條路徑的傳播距離rn、到達海底附近處的入射掠射角θ η和能量&，建立海底反射系數(shù)方程組；(3)求解方程組獲得海底密度和聲速值。對于海面反射來說，假設(shè)各個方向入射到海面的反射系數(shù)都近似為-1，根據(jù)平面波反射理論、snell定律，得到以下一個方程組；
權(quán)利要求
1.一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，其特征是包括步驟如下(1)利用垂直陣接收的聲源數(shù)據(jù)估計出前4條路徑到達垂直陣等效聲中心處的時間 tn、入射掠射角θ m和能量&，利用到達時間tn和水中聲速計算出4條聲線的傳播距離rn， 利用入射掠射角θ vn根據(jù)snell定律計算出聲線到達海底附近處的入射掠射角θη;(2)根據(jù)平面波反射理論和snell定律，利用測得的4條路徑的傳播距離rn、到達海底附近處的入射掠射角θ η和能量&，建立海底反射系數(shù)方程組；(3)求解方程組獲得海底密度和聲速值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，其特征是對于海面反射來說，假設(shè)各個方向入射到海面的反射系數(shù)都近似為-1，根據(jù)平面波反射理論、snell定律，得到以下一個方程組；
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于多路徑反射理論的海底密度和聲速測量方法，它根據(jù)平面波反射理論和snell定律，利用多條路徑的海底反射系數(shù)建立方程組，通過一條垂直陣和一個聲源等設(shè)備測量每條路徑到達時間、海底附近處反射角度和能量來求解海底反射系數(shù)方程組，最終得到海底密度和聲速，其測量的海底密度和聲速可用于解決淺海海底環(huán)境未知條件下的被動目標(biāo)定位問題。本發(fā)明有益的效果是該方法利用聲源斜入射聲波，反射波能量較大，其發(fā)射聲源沒有大功率、窄指向性的限制，并且能獨立測量海底密度和聲速；雖然不能測量多層海底介質(zhì)每層的地聲參數(shù)，但是可以測量海底半無限空間模型下的等效密度和聲速，并且該方法具有實驗平臺簡單易行、費用低廉以及計算量小等優(yōu)點。
文檔編號G01S5/22GK102183435SQ201110032989
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者張宏滔, 王忠康, 祝獻 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所