海底声参数反演研究与应用

摘要

该文综合了层剥法和大域优化算法的特点,提出海底声参数复合反演方法:采用层剥法反演海底声阻抗剖面,由海底声阻抗剖面结合Hamilton经验公式分离海底声速、密度剖面;利用不同深度界面的回波频谱分析提取衰减系数剖面.获得海底声参数分布的初始估计值,建立优化算法的初始模型.在已建立初始模型的基础上,采用大域优化算法(如遗传算法)获得海底声参数的最优解.该方法克服了大域优化算法中初始模型先验性的缺点,基于实验数据建立初始模型并最优.在层剥反演声阻抗剖面的步骤中,为了得到合理正确的冲激响应序列,提出复合判据和分段抽取、平滑接续算法.在大域优化算法正演海底回波步骤中,给出了介质模型包含衰减的正演算法.海底声参数反演结果可以用作海底底质类型辨识;除此之外,利用小波分析多分辨率的特点,提取了海底声阻抗剖面起伏特征的一个特征量,可以区分砂质、粘土底质类型.

目录

文摘

英文文摘

1引言

1.1研究背景

1.2海底沉积物物理参量及类型简述

1.2.1沉积物的物理参量

1.2.2海底沉积物类型

1.3海底沉积物研究问题综述

1.3.1海底沉积物的多相介质力学模型研究

1.3.2基于海底沉积物颗粒进行统计研究

1.3.3海底沉积物声学等效模型研究

1.3.4海底沉积物散射特性研究

1.3.5海底沉积物分层介质声参数反演研究

1.3.6海底沉积物底质分类研究

1.4研究选题依据

1.5研究的难点和解决途径

1.6论文组织结构

2海底沉积物声阻抗反演理论模型及其反演方法稳定性

2.1引言

2.2基于Goupillaud分层模型的层剥算法

2.3噪声干扰对对声阻抗反演影响及数值模拟

2.3.1基于Goupillaud分层模型的数值模拟——正演

2.3.2基于Goupillaud分层模型的数值模拟——反演问题

2.4信号相位特性对数值反演稳定性的影响

2.4.1基于最小平方原理的信号最小相位化处理说明

2.4.2数值模拟不同相位特征信号对声阻抗反演影响

2.5时域反卷积+复合判据求解层系冲激响应

2.6小结

3声参数复合反演及数值模拟

3.1复合反演技术路线

3.2包含衰减的海底回波正演算法

3.3遗传算法优化反演

3.3.1遗传算法简介

3.3.2遗传算法用于优化反演数值模拟例

3.4小结

4基于海上实验数据进行海底声参数反演及海底采样比对

海上实验简介

4.1两次黄海实验

4.1.1 2001年9月黄海(青岛近海)实验海区介绍

4.1.2 2002年8月黄海实验海区介绍

4.1.3黄海实验设备布设

4.1.4黄海实验所用仪器

4.1.5黄海实验数据记录存储

4.2黄海实验测量资料

4.2.1海底沉积物上方水体声速(温度)测量

4.2.2海底底质重力管采样样本分析结果

4.3海底声参数反演

4.3.1海底声参数反演策略

4.3.2记录数据实例说明

4.3.3提高冲激响应稳定解策略

4.3.4整段(非分段)抽取冲激响应和最小相位化说明

4.3.5 2001年青岛近海实验海底声参数反演结果

4.3.6 2002年黄海实验海底声参数反演结果

4.4小结

5海底底质分类应用研究

5.1海底回波信号分析

5.2海底底质分类

5.2.1海底声参数反演用于海底底质分类

5.2.2海底声阻抗用于海底底质分类

5.3小结

6结论

6.1论文主要创新点

6.2进一步的研究

参考文献

博士学习期间工作简介

谢辞