深海聲層析傳播時延敏感核方法.pdf

1、1979年W.Munk等人提出利用聲學方法對中尺度海洋環(huán)境進行監(jiān)測的海洋聲層析方法，解決逆介質(zhì)問題。該方法利用傳播時延等聲傳播結(jié)合了海洋測量、聲傳播觀測量反演經(jīng)過海域的聲速與流速等海洋參數(shù)。聲層析是建模和聲學逆問題的多維問題，傳統(tǒng)的聲層析方法是基于射線模型的微擾法。微擾法利用從聲源到接收陣元的多徑信號走時來反演垂直分層的聲速剖面。聲線路徑與路徑上慢度（聲速的倒數(shù)）的線性積分關(guān)系構(gòu)成了聲學逆介質(zhì)問題的基本方程，通過最小二乘等逆問題求解方法

2、可以估計出實際的聲速剖面。
　　但受發(fā)射信號傳播時延測量的分辨力與射線模型的高頻近似制約，在低頻深海環(huán)境下微擾法的分辨力和精度都有所不足。本文提出的傳播時延敏感核聲層析方法從波動理論與波恩近似推導出聲速擾動與傳播時延的三維積分關(guān)系，可以利用兩節(jié)點間的低頻聲信號反演海域中任意位置的聲速擾動。傳播時延敏感核方法利用信號的波峰時延替代多路徑波包，增加了信號的觀測量;同時，三維的傳播時延敏感核函數(shù)將聲線路徑積分提升到三維的空間積分，提高了

3、觀測的空間分辨力。
　　針對傳播時延敏感核聲層析方法，本文研究了核函數(shù)的理論推導、波峰模板匹配以及聲層析逆問題的求解方法。首先在寬帶模型下，用簡正波模型推導出三維核函數(shù)表達;然后提出了基于相關(guān)的波形模板匹配方法，能有效分辨出匹配的波峰;最后，針對不同的海洋聲擾動環(huán)境，提出了帶有平滑約束的最小二乘方法、截斷SVD方法以及凸優(yōu)化方法，來求解聲層析逆問題。
　　本文對傳統(tǒng)微擾法聲層析與傳播時延敏感核方法聲層析分別進行了實驗仿真，并