Page 108 - 《应用声学》2023年第4期
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             说明沉积层简正波到达时间差对这两个参数比较                             3 实验数据分析
             敏感,将沉积层简正波到达时间差作为代价函数反
             演得到这两个参数的可信度比较高;沉积层密度和                            3.1  沉积层简正波频散曲线提取
             基底声速的敏感性虽然要低于沉积层厚度和沉积
                                                                   实验于 2018 年 5 月在南中国海北部大陆坡海
             层声速,但仍然不可忽略;而基底密度、海深和距离
                                                               域开展,期间在海底放置了接收水听器,深度约为
             这 3 个参数的敏感性曲线比较平缓,没有明显的峰
                                                               1740 m,并投掷了一些沉底弹。选择距离水听器约
             值,说明这 3 个参数对沉积层简正波到达时间差不
                                                               8.46 km 的沉底弹进行分析,该沉底弹与水听器之
             敏感,因而反演得到的这3个参数可信度不高。
                                                               间的海底地形相对比较平坦。图3 所示模型中的水
                 根据图 5 所示的环境参数敏感性结果,结合
                                                               层声速剖面为实验期间水听器所在站点实测的声
             Cao 等  [13]  的研究,可以发现海深和水层声速剖面
                                                               速剖面,其中声道轴深度在 1130 m,声道轴声速为
             不均匀性对沉积层第一阶简正波的群速度基本
                                                               1483.5 m/s,底部海水声速为 1488.6 m/s,海表面声
             没有影响,而海底沉积层相对水层声速比值和沉
                                                               速为1537.1 m/s,为典型的不完全深海声道。
             积层厚度对沉积层简正波群速度的影响非常显
                                                                   图 7 给出了水听器接收到的信号时域波形,从
             著,因此利用沉积层简正波到达时间差进行海底
                                                               中可以观察到先于海面反射波到达的沉积层传播
             参数反演时,可以避免海深和水层环境参数的影
                                                               信号,其时频图如图 8 所示。从沉积层传播信号的
             响,有效缓解多值问题。此时待反演参数向量可
             设为 m = [d, c 2 , ρ 2 , c 3 ],沉积层简正波频散曲线计
             算所需的基底密度 ρ 3 可由 Hamilton 经验公式              [17]               ොሥࡏ͜୧ηՂ         ๒᭧Ԧ࠱ฉ
             c 3 = 2330.4 − 1257.0ρ 3 + 487.7ρ 间接获得。                0.5
                                          2
                                          3
             2.3 反演算法流程
                 图6 给出了利用沉积层简正波到达时间差反演                             ᄱࠫࣨϙ  0
             海底参数的流程图。首先,对实验接收信号进行时
                                                                   -0.5
             频分析,估计沉积层简正波的相对到达时间,提取沉
             积层简正波的到达时间差;其次,选择表1 所示的海
                                                                   -1.0
             洋环境模型,确定待反演参数及其搜索范围,理论计                                  0.5              1.0              1.5
             算沉积层简正波的到达时间差;然后,用实测到达时                                                  ௑ण/s
             间差与理论计算到达时间差构成代价函数,利用全                                   图 7  距离 8.46 km 的接收信号时域波形
             局优化算法反演出沉积层参数;最后对反演结果进                               Fig. 7 Waveform of the received signal at a dis-
             行有效性验证。                                              tance of 8.46 km
                                  ොअु
                  ᤥԩ๒ภဗܒവی                                         350
                                 ଌஆηՂ
                                                                                                           7
                                                                   300
                                                                                                           6
                  ᆸࠀॠԦ໦Ԡ஝         ௑ᮠѬౢ                             250
                    ଽጊᔵڊ                                                                                   5
                                                                  ᮠဋ/Hz  200                               4
                                ࠄ฾ොሥࡏእ൤                            150
                  ॠԦ໦Ԡ஝Ք᧚                                                                                  3
                                 ฉ҂᣺௑ᫎࣀ
                                                                   100                                     2
                 വیᝠካොሥࡏእ         ͉̽Ѧ஝     ௧    Ԧ໦ፇ౧ԣ               50                                     1
                 ൤ฉ҂᣺௑ᫎࣀ                        ద஍ভᰎ᝽
                                                                                                           0
                                  ա                                   0.50  0.55  0.60  0.65  0.70  0.75
                       ͖ӑካขPSO                                                       ௑ण/s
                                                                 图 8  距离 8.46 km 的接收信号时频图及提取的群时延
                             图 6  反演流程图
                                                                Fig. 8 Spectrogram and the extracted modal group
                        Fig. 6 Flowchart of inversion
                                                                delays of the received signal at a distance of 8.46 km
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