海底散射模型與多波束混響信號統(tǒng)計(jì)特性研究.pdf

1、海底礦產(chǎn)資源、海洋地質(zhì)、水下工程地質(zhì)、海洋漁業(yè)、水下通信等領(lǐng)域的研究都需要采用有效的工具和方法對海底特征信息進(jìn)行全面了解。多波束測深系統(tǒng)作為一種海底寬覆蓋高精度水深測量設(shè)備，除水深測量之外，在海底地貌測量、底質(zhì)分類等領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。反向散射強(qiáng)度和信號包絡(luò)概率分布這兩個特征量在利用多波束測深系統(tǒng)探測海底聲學(xué)特性中發(fā)揮重要作用，因此，本文對這兩特征參量進(jìn)行理論與試驗(yàn)研究，主要完成如下內(nèi)容： (1)引入Jackson散射模型研究高頻

2、海底聲散射問題，通過數(shù)值仿真分析掠射角、沉積物類型、頻率、聲速、海底環(huán)境聲學(xué)參數(shù)等因素變化對海底反向散射強(qiáng)度的影響。 (2)對兩種混響包絡(luò)概率分布模型(瑞利分布模型和K分布模型)進(jìn)行理論分析，并對文中所采用的K分布參數(shù)估計(jì)方法及其估計(jì)性能進(jìn)行分析。重點(diǎn)完成多波束海底混響的仿真，使各基元接收的仿真信號包絡(luò)服從K分布，并采用物理意義明確的Jackson散射模型計(jì)算反向散射強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。最后，從波形、包絡(luò)概率密度分布、時間相關(guān)性及頻譜特

3、性四個方面對仿真信號進(jìn)行檢驗(yàn)。 (3)對仿真的多波束混響信號進(jìn)行多波束形成處理，估計(jì)各波束方向信號包絡(luò)的概率分布，并分析入射角、散射元個數(shù)對其分布參數(shù)的影響。從處理結(jié)果看出，信號包絡(luò)分布特性近似于K分布，且分布參數(shù)隨入射角、散射元個數(shù)的改變而變化。 (4)介紹了由多波束測深系統(tǒng)數(shù)據(jù)提取反向散射強(qiáng)度的方法，并由湖試數(shù)據(jù)得到隨角度變化的反向散射強(qiáng)度值，且將其與理論模型進(jìn)行比較分析；對湖試數(shù)據(jù)進(jìn)行多波束形成處理，估計(jì)各波束方向