基于射线声学的海底参数反演研究

论文摘要

浅海环境下,海底声参数对声传播特性起着重要作用。海底反演技术是一种可以快速大范围获取海底声参数的有效方法。本文以射线声学理论为基础,建立了三维海洋环境下,获取特征声线传播轨迹及传播时间,进行海底参数反演的理论模型。验证了通过求解模型中特征声线及其传播时间所满足的非线性方程组,反演海底沉积层厚度、沉积层中的声速、海底倾斜角度、偏转角度等海底参数的可行性,分析了水听器阵阵元间距等反演测量参数的选取对反演结果的影响。仿真结果表明,采用经典的牛顿下降法求解非线性方程组,反演速度快,精度高,适用于海底参数的快速反演。此外,论文依据建立的反演模型,在windows环境下,使用Visual C++开发了具有操作简单、界面友好等特点的海底参数反演软件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状及发展
• 1.2.1 水声传播模型
• 1.2.2 多目标优化算法
• 1.3 本文工作内容
• 第2章 基于射线理论的水声传播模型的建立
• 2.1 射线声学基本方程
• 2.2 基于射线声学的海底参数反演模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 海底参数反演的计算方法研究
• 3.1 牛顿法的基本原理及收敛定理
• 3.1.1 牛顿法的基本思想及特点
• 3.1.2 牛顿法的局部收敛性验证
• 3.1.3 牛顿法计算方程组的误差分析
• 3.2 牛顿法的几种变型
• 3.2.1 修正牛顿法
• 3.2.2 带参数的牛顿法
• 3.2.3 几种牛顿型迭代法的比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 海底参数反演的仿真研究及软件实现
• 4.1 已知海底参数计算特征声线传播时间
• 4.1.1 接收阵为垂直阵时计算特征声线传播时间
• 4.1.2 接收阵为水平阵时计算特征声线传播时间
• 4.1.3 海底参数变化时计算特征声线传播时间
• 4.2 已知特征声线传播时间反演海底参数
• 4.2.1 接收阵为垂直阵时反演海底参数
• 4.2.2 接收阵为水平阵时反演海底参数
• 4.3 参数的变化对反演结果的影响
• 4.3.1 沉积层厚度对反演结果的影响
• 4.3.2 水听器阵阵元间隔距离对反演结果的影响
• 4.4 软件的总体设计
• 4.5 软件的主要功能
• 4.5.1 正算特征声线传播时间
• 4.5.2 反演海底参数
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢