利用隨機多項式展開的海底聲學參數反演方法

李風華 王翰卓

1) (中國科學院聲學研究所, 聲場聲信息國家重點實驗室, 北京 100190)

2) (中國科學院大學電子電氣與通信工程學院, 北京 100049)

為了提高地聲反演算法的計算效率, 探索克服地聲反演結果多值性問題, 本文利用寬帶、多收發位置的傳播損失數據結合傳播損失在地聲參數先驗搜索區間內的隨機多項式展開系數矩陣, 反演得到海底縱波聲速、吸收率和密度比重.使用隨機多項式展開近似傳播損失時, 展開系數的自變量為聲波頻率、收發位置等參數, 隨機多項式的自變量為表示聲速、吸收率、比重在各自搜索區間內均勻分布的隨機變量.傳播損失的展開系數通過嵌入隨機多項式的聲學寬角拋物方程結合蓋遼金投影、最小角度回歸算法計算求得.在低頻、一定聲傳播水平距離以內和地聲參數搜索區間長度適中時, 使用隨機多項式展開近似傳播損失的相對誤差在1%以下.仿真發現, 在淺海環境中使用低頻、一定聲傳播水平距離以內的傳播損失數據, 在接收信號信噪比較高、聲源和水聽器相對位置誤差較小時, 選擇合適的隨機多項式展開截斷冪次可較準確地反演海底聲速、吸收率和密度比重, 且計算效率比網格遍歷搜索方法提高一個數量級以上.

1 引 言

海洋聲學中的逆問題是利用海水中聲波所攜帶的聲源位置及海洋信道環境特性信息, 對聲源位置和介質參數進行求解.地聲反演問題是快速獲取局部海域等效海……