海洋噪声中格林函数提取及其在环境参数反演中的应用研究

Physical characteristics of the ocean environment can be obtained passively without using any sound source, which help us get rich acoustic information by low cost. The passive methods can not only save costs, but also protect the marine environment and life. In this project, the fast methods for extracting Green’s function is established by utilizing the cross correlation of ocean ambient noise. Based on the noise interferometry, we propose a new method for passive inversion of the sound speed profile (SSP) in the water. The inversion results are used to sum up the variation of the SSP with the seasons. The approach for passively inverting the acoustic parameters in the bottom is also studied, which is aimed to provide accuracy input parameters of bottom model for SSP inversion. In addition, the advanced platform is used to design and carry out refined experiments. The proposed theories and methods for the Green’s function extraction and environmental parameters inversion are verified by the experimental data. The progress of this project is very meaningful to the passive inversion techniques for environmental parameters and the establishment of a long-term ocean acoustic monitoring system in China.

利用环境噪声被动获取海洋环境物理特性能够省去声源，通过很小的代价获得丰富的声学信息，既节约成本，又能保护海洋环境和生物。本项目利用海洋环境噪声的空间相关，建立格林函数的快速提取方法；在此基础上，提出海水声速剖面被动反演新方法，并使用反演结果总结声速剖面随季节的变化规律；研究被动反演海底声学参数的技术途径，将反演结果用于海声速剖面反演中环境参数的输入；利用实验平台的优势设计和开展精细化实验，对理论研究中所提出的方法和发现的规律进行验证。项目的研究成果可为发展我国环境参数的被动反演技术和海洋长时声学监测系统的建立奠定理论基础。

利用环境噪声被动获取海洋环境物理特性能够省去声源，通过很小的代价获得丰富的声学信息，既节约成本，又能保护海洋环境。本项目针对被动获取海洋环境参数的应用需求，首先系统分析了南海和东印度洋海域的海洋环境噪声特性，并建立了适用于不同海域的海洋环境噪声预报模型；发展了利用海洋噪声快速提取格林函数的方法，在保证精度的前提下将提取速度提升一个数量级以上；在格林函数提取的基础上，结合各类高分辨率技术，提出了多种有效的海洋被动声层析方法，为水下应用平台的海洋环境自主保障提供了技术支撑；针对不同的海底结构特点，提出了多种海底声学参数反演方法，丰富了海底特性的获取手段；将被动声学方法进行多方面的应用拓展，并开展了海上实验验证，解决了多个实际问题。通过本项目的研究，提高了海洋声学被动问题中理论和应用方面的认知水平，为发展环境参数被动反演技术和海洋长时声学监测系统的建立奠定了理论和技术基础，研究成果对海洋环境的综合利用具有十分重要的意义。