基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法

摘要

本发明提供的是一种基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法。声源发出的声信号S(t)经由海底反射，声信号传播到水听器，4个水听器的接收信号为：A1(t)、A2(t)、A3(t)、A4(t)，4个水听器信号的到达时刻为：t1、t2、t3、t4，将每个水听器的到达时刻及深度信息代入各自满足的方程，共计28个方程，求解方程组，获得海底参数、即cb；α；h；n；θ，求解的另外24个变量为声线轨迹的位置信息。本发明方法可以实现三维倾斜海底情况下海底参数测量，在实际测量中仅需测量若干条声线到达时间，较其他方法的反演模型简单，计算速度快，精度高，实验方法简便可行。

主权项

一种基于射线声学的三维倾斜海底参数快速测量方法，其特征是：声源发出的声信号S(t)经由海底反射，声信号传播到水听器，4个水听器的接收信号为：A1(t)、A2(t)、A3(t)、A4(t)，4个水听器信号的到达时刻为：t1、t2、t3、t4，将每个水听器的到达时刻及深度信息代入各自满足的方程，共计28个方程，求解方程组，获得海底参数、即cb；α；h；n；θ，求解的另外24个变量为声线轨迹的位置信息；所述各自满足的方程包括：k1ρ1cosβ1＝rcosθ+k2ρ2cosβ2          （1）k1ρ1sinβ1＝rsinθ+k2ρ2sinβ2          （2） ρ 1 2 ρ 1 2 + H 2 = n 2 ( k 1 - 1 ) 2 ρ 1 2 ( k 1 - 1 ) 2 ρ 1 2 + ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) 2 - - - ( 3 ) ρ 2 2 ρ 2 2 + Z 2 = n 2 ( k 2 - 1 ) 2 ρ 2 2 ( k 2 - 1 ) 2 ρ 2 2 + ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) 2 - - - ( 4 ) ( k 1 - 1 ) ρ 1 sin β 1 tan α - ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) [ ( k 1 - 1 ) 2 ρ 1 2 + ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) 2 ] 1 / 2 = ( k 2 - 1 ) ρ 2 sin β 2 tan α - ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) [ ( k 2 - 1 ) 2 ρ 2 2 + ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) 2 ] 1 / 2 - - - ( 5 ) tan α ( k 1 - 1 ) n 2 ( ρ 1 2 + H 2 ) - ρ 1 2 ( r cos θ + ρ 2 cos β 2 - ρ 1 cos β 1 ) = ( k 1 - 1 ) ( k 2 - 1 ) ρ 1 ρ 2 sin ( β 2 - β 1 ) - - - ( 6 ) t = 1 c 0 { ρ 1 2 + H 2 + ρ 2 2 + Z 2 } + 1 c b { ( k 1 - 1 ) 2 ρ 1 2 + ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) 2 （7） + ( k 2 - 1 ) 2 ρ 2 2 + ( k 1 ρ 1 sin β 1 tan α + h ) 2 } 其中，ρ1，ρ2，k1，k2，β1，β2为声线的位置信息，（ρ1，β1，0）为柱坐标系下声线射入沉积层的点的坐标，ρ2为反射后从沉积层反射出来的点与水听器水平面投影之间的距离，β2为反射后从沉积层反射出来的点与水听器水平面投影之间的连线与x轴的夹角，k1，k2为大于1的比例系数；cb，h，n，α，θ为海底参数，cb为沉积层中的声速，h为声源处的沉积层厚度，n为声线从水层射入沉积层的折射率，α为海底倾斜角度，θ为水平偏转角度，c0为水中的声速；H，Z，r为声源和水听器的位置信息，（0，0，H）为声源的坐标，（r，θ，Z）为水听器的坐标。