浅海海底单参数快速反演研究

声学参数反演是获取海底声参数的一种经济高效的办法，近年来发展出以匹配场为代表的一系列反演方法。这里面绝大多数方法在反演海底声学性质的同时，受制于需要大量数值计算以及使用数量众多的水听器等原因，难以满足实际海上作业中实时获取海底声参数的需要。在创造性地将多个海底声学参数拟合为单个参数，将反演过程从多维降低为一维的基础上，设计相应的时域与频域反演方法。该单参数反演方法具有反演待测物理量少、只需单个水听器、信号处理简单以及直接获得结果而不需要多维寻优的优点，反演的结果可以用于预报传播损失以及海底沉积物分类等实际运用。单参数反演方法因为在实际探测中不做复杂测量以及不需要大量数值计算获取海底声学信息，为满足海上作业实时获取海底环境信息提供了全新的发展思路。

海底地声参数是浅海声场分析和计算的必要先验信息，它的获取对于浅海声场预报、声纳性能最优化、匹配场定位和海底底质分类等应用有着重要的意义。作为获取海底地声参数的地声反演方法与传统的海底采样直接测量法相比，具有经济高效、获得结果连续丰富等优点，可以连续、大尺度地获得浅海海底底质特征。常见的地声反演方法多是基于多参数海底模型进行海底声学参数反演，虽然能准确获得海底声参数，但也面临一些问题，如实验测量复杂、多维寻优计算量大、参数间的耦合造成的不确定性等。.本课题从降低反演参数维数入手，创造性地将多个海底声学参数拟合为单个参数，提出以小掠射角下反射损失随掠射角的变化率FdB(dB/rad)作为描述海底性质的单参数，构建出了海底单参数模型。从而将反演过程从多维降低为一维，并对该模型的适用性进行了分析，得到了单参数模型的适用范围；建立了利用海底单参数模型描述浅海水下声场的理论方法；在浅海海底单参数模型基础上设计出相应的时域与频域反演方法；通过数值仿真研究和实验数据研究，验证了本课题提出的海底单参数模型以及设计的单参数反演方法的有效性；开展了基于海底单参数模型的匹配场定位、海底沉积物分类等应用研究。.单参数反演方法具有反演待测物理量少、信号处理简单以及直接获得结果而不需要多维寻优的优点，反演的结果可以用于传播损失预报以及海底沉积物分类等实际运用。单参数反演方法因为在实际应用中不做复杂测量、对测量条件要求低以及不需要大量数值计算等获取海底声学信息，为满足海上作业实时快速获取海底环境信息提供了全新的发展思路。