Page 37 - 《应用声学》2020年第4期
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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)
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