水平阵海底地层参数反演研究

论文摘要

海底的声特性对声传播规律影响很大,而海底的声学参数很难直接测量。利用反演技术,所期望的海底声学参数就有可能快速、低成本地从海洋波导声传播的直接测量中提取出来。因此,近年来海底声学参数反演得到了很大的重视和关注,有着良好的发展前景。本文以射线声学理论为基础,选取地层非水平分层的海底模型,建立相应的海底参数反演数学模型,目标是完成海底地层中声速和层厚的反演。在理论仿真计算中,通过相应的参数正演计算,获取反演计算时所需的预设参数值及相对于直达波的时延值。对于文中参数反演数学模型的求解是一个非线性最小二乘问题,具有非线性及目标函数多极值的特点,采用遗传算法进行求解,具有全局优化自适应概率搜索特点的遗传算法可解决用线性化迭代方法解非线性问题的缺陷,得到全局最优解或次优解。仿真结果表明本文所用的海底地层参数反演方法在理论上是可行的。最后利用本文的海底地层参数反演方法对松花湖湖上实验“湖底地层参数反演”的数据进行了处理,数据处理结果表明该方法可以用来反演地层中的声速和层厚。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 海洋水声环境反演的研究历史和现状
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 基于射线声学的水声传播模型
• 2.1 水声传播模型概述
• 2.2 波动方程及定解条件
• 2.3 射线声学理论模型
• 2.3.1 声程方程式
• 2.3.2 射线声学的应用条件
• 2.3.3 Snell折射定律
• 2.3.4 声线轨迹及声线传播时间
• 2.4 简正波模型及抛物型方程模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 优化算法
• 3.1 遗传算法概述
• 3.2 遗传算法基础
• 3.2.1 编码方法
• 3.2.2 适应度函数
• 3.2.3 遗传算子
• 3.2.4 遗传算法的运行参数
• 3.2.5 遗传算法的适应性
• 3.3 遗传算法应用于非线性最小二乘问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 海底地层参数模型及仿真计算
• 4.1 海底地层参数模型
• 4.1.1 正演计算方法
• 4.1.2 反演数学模型
• 4.2 仿真计算
• 4.2.1 方程敏感度分析
• 4.2.2 仿真结果及误差分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 松花湖湖上实验
• 5.1 湖上实验方案
• 5.1.1 实验仪器
• 5.1.2 实验过程
• 5.2 实验数据处理
• 5.2.1 时频分析
• 5.2.2 时延提取
• 5.3 湖底地层参数反演
• 5.4 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