Page 40 - 《应用声学》2020年第4期

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0.16 基于模式能量比反演海底声衰减系数的优点
ᮠᦞ
0.14 y/⊲T -5 1.129 是只需要单水听器的单个距离点的接收信号，相对
x
α (m) /(dBSm -1 ) 0.10 于基于远距离传播损失的反演方法更为简单。但是
0.12
0.08
由于在单一距离上，可提取的模式能量比的数量非
0.06
0.04 常有限，为了获得较好的反演结果，模式能量比的提
0.02 取需要有足够的精度。
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ᮠဋ/Hz

图 9 海底衰减与频率的拟合结果 参 考 文 献
Fig. 9 Fitting results of seabed attenuation and
frequency [1] Maguer A, Bovio E, Fox W L J, et al. In situ estimation
of sediment sound speed and critical angle[J]. The Jour-
4 结论 nal of the Acoustical Society of America, 2000, 108(3Pt1):
987–996.
[2] Holland C W, Dettmer J. In situ sediment dispersion es-
简正波的频散特性与波导的特性，如海深、水
timates in the presence of discrete layers and gradients[J].
文和海底的地声参数密切相关。根据简正波的频散 The Journal of the Acoustical Society of America, 2013,
特性，如频散曲线和模式能量比反演海底地声参数 133(1): 50–61.
[3] Zhou J X. Normal mode measurements and remote sens-
一直以来是获取低频海底地声参数，特别是声衰减
ing of sea-bottom sound velocity and attenuation in shal-
特性的主要手段。简正波的分离性能是制约模式能 low water[J]. The Journal of the Acoustical Society of
量比提取精度的关键因素。选取适合的信号处理方 America, 1985, 78(3): 1003–1009.
[4] Wan L, Zhou J X, Rogers P H. Low-frequency sound
法获取足够精度的模式能量比在声衰减系数的反
speed and attenuation in sandy seabottom from long-
演中极其重要。传统的 STFT 方法在理论上适用所 range broadband acoustic measurements[J]. The Jour-
有类型的简正波，但是它的缺点是窗函数的宽度需 nal of the Acoustical Society of America, 2010, 128(2):
578–589.
要根据频率、接收距离等参数调整。在较近的距离
[5] Le T G, Nicolas B, Mars J I, et al. Matched representa-
上由于模式分辨率的降低而导致模能量提取精度 tions and filters for guided waves[J]. IEEE Transactions
的严重下降。warping变换通过重采样，使得变换后 on Signal Processing, 2009, 57(5): 1783–1795.
不同频率的同一号简正波均具有相同频率的信号， [6] Bonnel J, Chapman N R. Geoacoustic inversion in a dis-
persive waveguide using warping operators[J]. The Jour-
从而使得简正波的分离更加简单，提高了模式能量 nal of the Acoustical Society of America, 2011, 130(2):
比提取的精度。但是目前的 warping 函数是基于理 EL101–EL107.
想波导推导的，它仅适用于海面海底反射 (SRBR) [7] Zeng J, Chapman N R, Bonnel J. Inversion of seabed at-
tenuation using time-warping of close range data[J]. The
类型的简正波，对于负梯度水文条件下的水中反转
Journal of the Acoustical Society of America, 2013, 134(5):
(Water Borne)类型的波，并不适用。 EL394–EL399.