浅海低频混响集约参数模型及其逆问题研究

Reverberation is severe interference to active detection, at the same time, reverberation is useful signal, it contains a lot of ocean environmental information. There are many unknow parameters in traditional reverberation models. And it is difficult to test the reverberation model using experiment data because many environmental parameters are not easy to get. The severe coupling among the parameters leads to that it is difficult to extract real ocean envrionmental parameters from reverberation data. In this project, integrated parameters will be used to model low frequency reverberation in shallow water waveguide. The integrated parameters include sea floor low grazing angle reflection parameters P and Q restricted by sea floor reflection coefficient, and sea floor scattering parameter miu restricted by bottom Rayleigh scattering. The three unknown parameters have clear physical pictures and are easy to get. At the same time, there is no coupling effect among them. The three unknown parameters will be inversed using reverberation data on vertical line array based on the new reverberation model. The effective geo-acoustic parameters can be infered using the integrated parameters P and Q under the constraint of the same bottom reflection coefficient. The work in this paper will be useful to understand the mechanism that leads to low frequency reverberation in shallow water waveguide, not only for designing more robust active signal processing algorithms, but also for realistic modeling required for training and simulation. And the inversed integrated parameters and effective geo-acoustic parameters will provide input information for underwater acoustic prediction and marine environment assessment.

混响是主动探测的严重干扰，同时又包含了丰富的海洋环境信息。传统的混响模型参数众多且不易获取，导致混响模型难以验证，且模型参数间相互耦合，从混响数据中提取海洋环境参数也非常困难。本项目在浅海全波动混响理论框架之下，利用小掠射角海底反射系数相位参数P、幅度参数Q和海底散射系数miu来对浅海低频混响进行建模，P和Q是相同海底反射特性约束条件下的海底信息集中参数，miu是瑞利散射约束条件下的海底散射信息集中参数，新建立的浅海低频混响集约参数模型中的三个未知参数物理意义清晰、容易获取，且参数之间没有耦合，这为海底集约参数反演提供了很好的基础。在新建立混响模型基础之上，项目组将分别对P、Q和miu进行线性反演，获取真实的海底特性参数，进一步在海底反射系数一致的约束条件下，映射出海底等效声学参数，为声场预报提供输入参数。该项研究可为远程主动探测中的混响干扰抑制和海战场环境的仿真评估等提供理论和方法基础。

混响是主动探测的严重干扰，同时又包含了丰富的海洋环境信息。传统的混响模型参数众多且不易获取，导致混响模型难以验证，且参数间相互耦合，从混响数据中提取海洋环境参数也非常困难。本项目在浅海全波动混响理论框架之下，利用小掠射角海底反射系数相位参数P、幅度参数Q和海底散射系数来对浅海低频混响进行建模，P和Q是相同海底反射特性约束条件下的海底信息集中参数，是瑞利散射约束条件下的海底散射信息集中参数，新建立的浅海低频混响集约参数模型中的三个未知参数物理意义清晰、容易获取，且参数之间没有耦合，这为海底集约参数反演提供了很好的基础。在新建立混响模型基础之上，项目组将分别对P、Q和三个参数进行线性反演，获取真实的海底特性参数，进一步在海底反射系数一致的约束条件下，映射出等效海底声学参数，为声场预报提供输入参数。. 项目研究中成功地给出了浅海低频集约参数混响模型，该模型参数少、物理意义清晰，被国内外相关研究人员广泛引用，同时为国内相关重点项目研究提供了基础，作为关键技术解决了相关的建模与仿真问题。. PQ参数和等效海底声学参数概念的提出，解决了困惑水声研究多年的地声参数反演不确定性的问题，在此基础上，提出了基于PQ参数的抛物近似水声传播声场预报方法，解决了反射系数不能在抛物近似方法中应用的难题。. 该项研究为远程主动探测中的混响干扰抑制和海战场环境的仿真评估等提供了理论和方法基础。