一种利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数的方法

摘要

本发明涉及一种利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数的方法，利用模态频散曲线的幅值能量信息，实现对海底衰减系数的反演，本发明提出一种利用两个爆炸弹模态频散曲线能量差来反演海底衰减系数的方法，用于实现对实验海区的海底衰减系数进行估计。该发明方法利用了宽带爆炸声源在浅海中传播时产生的频散效应，重点反演浅海海域。本发明方法首先将接收水听器布放在一定深度上，然后在同一直线、不同距离上投放型号参数完全相同(认为爆炸时产生相同的信号)的爆炸声源，从而接收到两个爆炸声源的时频图；然后利用warping变换对两个爆炸声源的时频图进行处理，从而得到前4阶模态频散曲线的传输能量差；然后利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数。

主权项

一种利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在被测海底区域同一深度投放两个距离分别为r₁和r₂的爆炸声源，水听器布放点和两个爆炸声源在一条直线上，分别提取两个爆炸声源的前4阶模态频散曲线，步骤如下：步骤(1a)：水听器接收到两个距离分别为r₁和r₂爆炸声源的两个时域信号用前4阶模态频散曲线表示为：式中A_m(t)为第m阶模态的瞬时幅度，f_cm＝mc/2D表示第m阶模态的截止频率，D为实验海区的平均水深，c为水中平均声速；步骤(2a)：利用warping变换函数h_i(t)＝[t²+(r_i/c)²]^1/2,i＝1,2对水听器接收的两个爆炸声源的时域接收信号分别进行变换，得到warping域的两个接收信号为：式中h_i′(t)表示warping变换函数h_i(t)的导数；步骤(3a)：对warping域的两个接收信号分别进行滤波处理，将前4阶模态分离开；所述滤波带宽设置相同为：第1阶频带0‑6Hz，第2阶频带7‑13Hz，第3阶频带14‑19Hz，第4阶频带20‑25Hz；从而将warping域的两个接收信号的前4阶模态频散曲线分离；步骤(4a)：利用逆warping变换函数对滤波处理后warping域的两个接收信号的前4阶模态频散曲线分别进行处理，从而将两个原时域接收信号的前4阶模态频散曲线分离；步骤2：由模态频散曲线能量差反演海底衰减系数，步骤如下：步骤(1b)：对两个原时域接收信号的分离开的前4阶模态频散曲线中相同阶数的频散曲线进行模态幅度比，得到对应频率为f的第m阶模态幅度比为：式中E{·}示求均值，t_o表示在模态频散曲线上对应频率为f的点的时间坐标，对于f≤100Hz：Δt＝0.1s，Δf＝2Hz；对于f>100Hz：Δt＝0.02s，Δf＝10Hz；和分别表示两个爆炸声源的对应频率为f的第m阶模态幅度；步骤(2b)：通过将海底衰减系数β在[0 0.5]范围内变化，使代价函数最小时，对应的β值即为反演得到的海底衰减系数值；反演的代价函数为：式中表示实验数据得到的模态幅度比，为模型计算的模态幅度比；和分别为对应于第m阶模态的下边带和上边带，计算过程中，设置为