海底浅地层多波束探测技术研究

论文摘要

当今,浅地层剖面仪是普遍应用于海底沉积层探测的水声学设备。随着浅地层探测系统性能的不断提高和新领域的应用,多波束浅地层探测尤其是参量多波束浅地层探测将成为海底底质探测技术发展的趋势。但接收基阵孔径过大是此项技术发展的一大障碍。本文将FRFT技术引入参量多波束浅地层探测中,降低对接收基阵孔径的要求,消除回波信号间的混叠,同时对浅地层探测技术进行初步研究。线性调频信号在不同分数阶傅立叶域呈现不同的聚集性。由于FRFT技术对多分量Chirp信号具有优越的处理性能,针对抗回波信号混叠的技术要求,本文研究了FRFT技术的原理与应用,并对多波束浅地层探测系统信源信号编码进行了研究。阐明了应对信号预包络作FRFT,并推出了Chirp信号在分数阶傅立叶域分布位置的理论公式。根据此理论公式研究得出信源信号编码的依据,最终实现FRFT用于信源信号编码和抗回波信号混叠的目的,给出了各过程的计算机仿真。应用匹配滤波与AR预测滤波联合处理的方法计算较小间距沉积层的冲激响应,提高了受信号有限带宽限制的探测分辨力。采用加权最小二乘拟合方法进一步对重叠回波信号处沉积层冲激响应的位置和幅度进行估计,进一步提高分辨力的同时估计得到更高分辨率的沉积层声阻抗剖面。由于高频声衰减严重影响了沉积层冲激响应的反演,估计过程考虑了声衰减的影响,从而得到更合理的声阻抗估计。详细仿真了预测滤波和加权最小二乘拟合过程,并给出了估计误差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 海底浅地层探测技术
• 1.2.1 浅地层探测技术的发展与现状
• 1.2.2 多波束海底浅地层探测技术
• 1.3 分数阶傅立叶变换的发展与应用状况
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 分数阶傅立叶变换原理及应用
• 2.1 分数阶傅立叶变换定义
• 2.2 分数阶傅立叶变换数值计算
• 2.3 分解法分数阶傅立叶变换
• 2.3.1 量纲归一化处理
• 2.3.2 分解法算法实现
• 2.3.3 量纲归一化对参数估计的影响
• 2.3.4 分解法计算机仿真
• 2.4 直接离散化法分数阶傅立叶变换
• 2.4.1 直接离散化法算法实现
• 2.4.2 对直接离散化法的解释
• 2.4.3 直接离散化法计算机仿真
• 2.5 信号预包络作分数阶傅立叶变换
• 2.6 分数阶傅立叶变换用于抗混叠滤波
• 2.6.1 Chirp信号分数阶Fourier域滤波模型
• 2.6.2 多分量Chirp信号的分离
• 2.6.3 分数阶Fourier域滤波与信号分离计算机仿真
• 2.7 本章小结
• 第3章 多波束浅地层探测信源信号编码研究
• 3.1 信源信号形式设计
• 3.1.1 几种不同的信源信号形式
• 3.1.2 垂直分辨率
• 3.1.3 水平分辨率
• 3.1.4 分辨率计算机仿真
• 3.2 多波束浅地层探测信源信号编码设计
• 3.2.1 信号分数阶Fourier域分布位置理论公式
• 3.2.2 理论公式应用计算机仿真
• 3.2.3 理论公式用于信源信号编码研究
• 3.3 多波束浅剖探测信源信号编码计算机仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 海底浅地层剖面技术研究
• 4.1 系统辨识用于估计海底浅地层剖面响应
• 4.2 基于自回归谱扩展的高分辨率预测滤波方法
• 4.2.1 预测滤波模型
• 4.2.2 求解线性预测滤波器
• 4.2.3 预测滤波计算机仿真
• 4.3 沉积层冲激响应时延及幅值估计
• 4.3.1 加权最小二乘拟合估计时延及幅值
• 4.3.2 加权函数及加权规则
• 4.3.3 估计过程计算机仿真
• 4.4 沉积层声阻抗估计
• 4.4.1 沉积层声衰减估计
• 4.4.2 声阻抗剖面估计
• 4.5 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