基于简正波分析的海底参数反演.pdfVIP

基于简正波分析的海底参数反演 李凡，张涵，郭圣明 (中国科学院声学研究所，北京市北四环西路21号，100080) 摘 要:由于不同简正波存在的群速度差异，可以从到达时间结构上将它们分离开，提取相应的简正波参数。 本文主要是对2002年1月黄海北部海域声传播实验数据进行处理，利用接收到的爆炸声传播信号，分析低阶简 正波的频散关系，并根据其反演得到海底声速，结果同以前利用声传播损失的参数反演结果吻合。 中文关键词:简正波:海底参数反演:频散关系 中图分类号:042 文献标识码:A InversionofSea-bottomParametersBasedon ModeAnalysis LIFan,ZHANGHan,GUOSheng-ming (InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences,100080,P.R.China) Abstract:Becauseoftheirdifferentgroupvelocities,normalmodescanbeseparatedwitheachotherinthetimeseries asthepropagationdistnaceincreases.Thisfactcnabeusedforthemodeparametersextraction.Inthispaper,thedata obtainedintheexperimentconductedintheYellowSeainthewinterof2002hasbeenprocessed.Owingtothe collectedbroadbnadsignals勿useofexplosivecharges,thesea-bottomparametersfordifferentrfequenciescnabe deducedinthesametimeaccordingtotheresultedmodedipersionrelationships.Theresultscoincidewiththoseformer resultsobtainedbyuseofpropagationlossfitmethod. Keywords:normalmode,inversionofsea-bottomparameters,dispersionrelationship 1.引言 在水平分层介质环境中，单频点声源激发得到的声场可以表示成: M _ _ ， p(r(,z,“’!’‘L“,vLitTr平。L，，平。气，!’“’一 时间因子取e-‘形式，r和:是接收点的水平距离和深度，z，是声源深度，w=2丫为信号角频 率，4.W.(z)和8。分别是第m阶简正波的本征值、本征函数和衰减系数，由环境水文参数以 及边界条件唯一确定。在水层参数己知的情况下，可以通过提取相应的简正波参数来反演海底 底质参数，包括海底声速、密度、吸收系数以及它们的垂直分布结构。简正波参数的提取可以 利用到达时间差异或者垂直分布结构特点来实现 一〔，‘，，提取的参数包括简正波本征值、本征函数 分布、不同简正波到达时间差、简正波系数或者激发强度、随传播距离的衰减关系等，以及它 们的频率分布特性。 对于浅海信道中的宽带声传播信号，声能是以群速度c,=[di;./do(〕一传‘播到达接收点的· 由于不同简正波群速度的差异，使得它们在到达时间结构上能够区分出来。在微扰法适用的条 件下，简正波群速度和衰减系数计算可以写成4,S‘) _, 仍 r_，_、去 IW.(z)I* Sm=共补(z)粤}W.(z)I*， C lz) 马。言 ckz) cg,=Uajplz) 其中p(z)、c(z)和a(z)分别是对应的密度、声速和介质吸收系数垂直剖面分布。从上面的计算 公式可以发现，介质的吸收只与简正波衰减系数联系，而同其它参数无关，这样能够先反演得 到介质声速和密度，再进行