Page 37 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 刘婷等： 基于模式能量比的海底声衰减系数反演 523

0.8 0.8
0.6 0.6

0.4 0.4
41.0 41.5 42.0 42.5 43.0 1540 1560 1580 1600 1620
h/m c b/(mSs -1 )
(a) ๒अງए (b) ๒अܦᤴ
0.8 0.8

0.6 0.6

0.4 0.4
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 9 10 11
ρ b /(gScm -3 ) z  /m
(d) ܦູງए
(c) ๒अࠛए
0.8
R=4350 m
0.6 R=3750 m
R=3300 m
R=1920 m
0.4
2000 3000 4000 5000
r/m
(e) ଌஆᡰሏ
图 6 不同接收距离的一维代价函数
Fig. 6 The one-dimension cost function at different receiving ranges
在仿真计算中，假设除海底声衰减外，其他环 第3节的仿真结果表明，warping变换在模式能
境参数均为已知，但是在实验数据处理中，这些 量比提取上有更好的性能，因此在实验数据处理中，
环境参数是通过匹配场反演得到。本文采用宽带 采用 warping变换来提取模式比进而反演海底声衰
(f = 125 ∼ 1000 Hz) 匹配场 (Matched field pro- 减系数。
cessing, MFP) 处理方法，从 4 个近距离接收的垂直 对于声源为爆炸声源的情况，气泡脉冲会严重
阵列数据，反演获得海深 h、海底声速 c b 、海底密度 干扰模式能量的提取。至今尚未有有效的手段去除
ρ b 、声源深度 z 0 和传播距离 r，取其平均值，以减少 气泡干扰的污染，因而在模式能量提取式，对于在气
环境不确定性的影响。采用半无限空间海底模型， 泡脉冲之后到达的信号均需剔除。在本实验中，气
因为近距离时海底衰减对场不敏感，所以假定 α b 为 泡脉冲与冲击脉冲的时间间隔T 0 约为 86 ms。在实
已知值 (0.3 dB/λ)。图 6 为未知参数的一维代价函 验数据处理中，只能选用那些在物理上与相邻号简
数，表3为其估计值。 正波已经可分而且未被气泡脉冲污染的模式的能
量比作为反演海底衰减系数的数据。
表 3 不同接收距离的宽带 MFP 反演结果
在物理上，两号相邻简正波可分离的最小距离
Table 3 Inversion results of broadband
需满足以下公式：
MFP at different receiving ranges
R min R min 2
− > , (12)
m+1 v m BW
炸弹 R1 B2 B3 B4 平均值 v g g
m
r/m 4500 3800 3400 2000 其中，v 表示第 m 号简正波的群速度，BW 表示信
g
m
z 0 /m 10.5 9.5 8.9 10.9 10.0 号的带宽。v 是与频率和海底参数密切相关的，所
g
h/m 42.8 42.0 42.4 42.0 42.3 以 R min 也与频率和海底参数密切相关。而为了不
c b /(m·s −1 ) 1580 1580 1580 1590 1583 受气泡脉冲的干扰，可用的最大距离需满足：
ρ b /(g·cm −3 ) 1.8 2.0 1.6 1.6 1.8 m
R max /v g − R max /c 0 < T 0 . (13)