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摘要

海底声学参数的获取对于海洋声学研究有着重要意义. 通过推导分层吸收介质下的海底反射系数, 理论分析了大掠射角条件下吸收系数对海底反射系数的影响. 海底反射系数随频率振荡过程中, 将其等于海水-沉积层界面反射系数模时所对应的频点定义为1/4振荡周期频率. 在该频率下, 沉积层吸收系数与基底地声参数的耦合程度小于其他频点. 本文基于大掠射角下的海底反射特性, 提出一种深海地声参数分步反演方法. 首先, 利用相关法提取得到海底反射系数的干涉周期, 利用干涉周期反演了沉积层声速和厚度. 声速的反演结果结合Hamilton经验公式反演密度. 第二步, 通过结合基底声速的穷举边界, 给出沉积层吸收系数的假设值, 利用1/4振荡周期频率下的海底反射系数对基底声速进行一维反演. 最后利用半波层频率下的海底反射系数对沉积层吸收系数进行一维反演. 大掠射角海底反射特性结合分步反演, 实现了基底声速和沉积层吸收系数一定程度的解耦合. 实验结果表明, 在大掠射角测量条件下, 该方法反演的地声参数可有效应用在一定范围内的传播损失预报.

关键词:

Abstract

The acquisition of geoacoustic parameters is of great significance in studying ocean acoustics. On the basis of deducing the seabed reflection coefficient under the layered absorbing medium, the influence of the absorption coefficient on the seabed reflection coefficient under the condition of large grazing angles is analyzed. The seabed reflection coefficient oscillates at a frequency. When it is equal to the reflection coefficient of the contact interface between seawater and sediment, the corresponding frequency point is defined as the 1/4 oscillation period frequency. At this frequency, the coupling degree between absorption coefficient of sedimentary layer and substrate geoacoustic parameters is less than those at other frequencies. In this paper, a stepwise optimization inversion method for deep water geoacoustic parameters is proposed based on the seabed reflection characteristics of large grazing angles. Firstly, the interference period of the seabed reflection coefficient is extracted by the correlation method, and the sound speed and thickness of the deposited layer are inverted by the interference period. The density is obtained from the inversion result of sound speed combined with Hamilton empirical formula. Secondly, the value of the absorption coefficient of the sedimentary layer is calculated by combining the search boundary of the substrate sound speed. The one-dimensional inversion of the substrate sound speed is realized by using the substrate reflection coefficient at 1/4 oscillation period frequency. Finally, the one-dimensional inversion of the absorption coefficient of the sedimentary layer is realized by using the seabed reflection coefficient at a half-wave layer frequency. The seabed reflection characteristics of large glancing angles are combined with stepwise inversion to reduce the coupling degree of the substrate sound speed and the absorption coefficient of the sedimentary layer. Experimental results show that the geoacoustic parameters retrieved by this method can be effectively applied to the prediction of propagation loss in a certain range under the condition of large grazing angle measurement.

Keywords:

geoacoustic inversion in the deep water/
seabed reflection coefficient/
stepwise inversion

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:赵梅,zhaomei@mail.ioa.ac.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 12004414, 11874061)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Zhao Mei,zhaomei@mail.ioa.ac.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12004414, 11874061).

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参考文献

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参数	$ {c_{\text{s}}} $/(m·s^–1)	$ {\rho _{\text{s}}} $/(g·cm^–3)	$ {d_{}} $/m	$ {\alpha _{\text{s}}} $/(dB·λ^–1)	$ {c_{\text{b}}} $/(m·s^–1)	$ {\rho _{\text{b}}} $/(g·cm^–3)	$ {\alpha _{\text{b}}} $/(dB·λ^–1)
数值	1600	1.5	20	0—1.0	1800	2.0	1.0

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反演参数	参数穷举空间	反演结果
沉积层声速/(m·s^–1)	1450 —1800	1570.6
沉积层密度/(g·cm^–3)	—	1.61
沉积层厚度/m	0—50	2.40
沉积层吸收系数/(dB·λ^–1)	0—1.0	0.18
基底声速/(m·s^–1)	1700 —2200	1809.5
基底密度/(g·cm^–3)	—	2.06
基底吸收系数/(dB·λ^–1)	—	1.0

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沉积物类型	声速 /(m·s^–1)	密度 /(g·cm^–3)	衰减系数 /(dB·m^–1·kHz^–1)
粗砂	1836	2.034	0.479
细砂	1753	1.957	0.510
极细砂	1697	1.866	0.673
粉砂质砂	1668	1.806	0.692
砂质粉砂	1664	1.787	0.756
粉砂	1623	1.767	0.673
砂-粉砂-粘土	1579	1.590	0.113
粘土质粉砂	1549	1.488	0.095
粉砂质粘土	1520	1.421	0.078

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