深海聲層析傳播時(shí)延敏感核方法.pdf

1、1979年W.Munk等人提出利用聲學(xué)方法對(duì)中尺度海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的海洋聲層析方法，解決逆介質(zhì)問(wèn)題。該方法利用傳播時(shí)延等聲傳播結(jié)合了海洋測(cè)量、聲傳播觀測(cè)量反演經(jīng)過(guò)海域的聲速與流速等海洋參數(shù)。聲層析是建模和聲學(xué)逆問(wèn)題的多維問(wèn)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(hào)走時(shí)來(lái)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(xué)逆介質(zhì)問(wèn)題的基本方程，通過(guò)最小二乘等逆問(wèn)題求解方法

2、可以估計(jì)出實(shí)際的聲速剖面。
　　但受發(fā)射信號(hào)傳播時(shí)延測(cè)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(shí)延敏感核聲層析方法從波動(dòng)理論與波恩近似推導(dǎo)出聲速擾動(dòng)與傳播時(shí)延的三維積分關(guān)系，可以利用兩節(jié)點(diǎn)間的低頻聲信號(hào)反演海域中任意位置的聲速擾動(dòng)。傳播時(shí)延敏感核方法利用信號(hào)的波峰時(shí)延替代多路徑波包，增加了信號(hào)的觀測(cè)量;同時(shí)，三維的傳播時(shí)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(cè)的空間分辨力。
　　針對(duì)傳播時(shí)延敏感核聲層析方法，本文研究了核函數(shù)的理論推導(dǎo)、波峰模板匹配以及聲層析逆問(wèn)題的求解方法。首先在寬帶模型下，用簡(jiǎn)正波模型推導(dǎo)出三維核函數(shù)表達(dá);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(duì)不同的海洋聲擾動(dòng)環(huán)境，提出了帶有平滑約束的最小二乘方法、截?cái)郤VD方法以及凸優(yōu)化方法，來(lái)求解聲層析逆問(wèn)題。
　　本文對(duì)傳統(tǒng)微擾法聲層析與傳播時(shí)延敏感核方法聲層析分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真，并