由传播时间反演海水中的声速剖面

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1、第27卷第5期哈尔滨工程大学学报Vol.27№.52006年10月JournalofHarbinEngineeringUniversityOct.2006由传播时间反演海水中的声速剖面唐俊峰,杨士莪(哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:海水中的声速剖面对声传播有比较重要的影响.利用海上实验的实际数据由声信号的传播时间反演海水中的声速剖面.用经验正交函数表示声速剖面,根据选取的代价函数应用遗传算法搜索最优解.为了提高反演算法的性能,快速反演获得海水中的声速剖面,在射线声学理论下,对传播时间的计算方法

2、进行了改进,有效降低了算法的计算量.利用海上实验的实际数据反演获得的声速剖面与实验时直接测量获得的声速剖面相比较,误差小于2‰.反演结果与实测结果基本相符.关键词:声速剖面;经验正交函数;反演;传播时间中图分类号:TB566文献标识码:A文章编号:100627043(2006)0520733205SoundspeedprofileinoceaninvertedbyusingtraveltimeTANGJun2feng,YANGShi2e(CollegeofUnderwaterAcousticalEngineering,H

3、arbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Thesoundspeedprofileintheoceanhasimportantinfluenceonsoundpropagationinthemedi2um.Thesoundspeedprofileintheoceanwasinvertedbyusingtraveltime.Theexperimentaldatawereusedforthestudy.Thesoundspeedprofilewasdescr

4、ibedbyempiricalorthogonalfunctions.Agenetical2gorithmwasusedtosearchtheoptimumsolution.Themethodsofquicklycalculatingtraveltimebasedonraytheoryweredevelopedinordertoimproveefficiencyofinversionalgorithm.Theexperimentaldatawereusedtoinvertsoundspeedprofilesintheex

5、perimentalseaarea.Theerrorofthecalculatedresultwaslessthan2‰.Thecalculatedresultwasconsistenttothesoundspeedprofilemeasured.Keywords:soundspeedprofile;empiricalorthogonalfunction;inversion;traveltime用声学方法反演海水中的声速剖面是海洋声学可以减少影响反演结果的环境因素,提高反演方法[1-4][5]研究的一个重要课题.2002

6、年在南海进行了一的稳定性.次海洋环境参数反演实验.实验在约100×100km声速剖面的反演是一个多维的优化问题,尽量的海域范围布放4个在海面自由漂浮的浮标,浮标减少未知参量的数目可以降低解空间的范围.用经连接一个短垂直阵,观测和接收声源发射的声信号.验正交函数(EOF)可以较为精确的表示海水中的声实验获得了大量的观测结果.海水中的声速剖面对速剖面,并且所需的未知参量较少.在反演过程中应声传播有比较大的影响.在实验过程中声信号从声用遗传算法在解空间范围内搜索使代价函数达到全源沿不同的路径和方向向外传播到达接收水听器.局最优

7、值的解.针对拷贝场计算时通常存在的运算根据实验数据可以较为精确的得到声信号从声源到量大的问题,在射线声学理论下,采用了一些改进的达接收点的传播时间.利用实验获得的数据研究由方法,有效降低了反演算法的计算量.利用实验数据声信号的传播时间反演海水中的声速剖面.由传播计算反演的结果与实际测量的声速剖面相比较表时间反演海水中的声速剖面不需要考虑幅度信息,明,反演结果比较好地反映了实际的声速剖面.收稿日期:2005206227.1实验描述作者简介:唐俊峰(1979-),男,博士研究生,E2mail:tangjunfeng@hrbe

8、u.edu.cn;如图1所示,首先在实验海区分别布放1号、2杨士莪(1931-),男,教授,中国工程院院士.号、3号和4号4个浮标.4个浮标分别布放在实验·734·哈尔滨工程大学学报第27卷海区的四周,它们的位置大致成一个正方形,相邻2实验海区的声速剖面,海水中的声速可以表示为3个浮标的距离约为70km.每个浮标连接