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《基于多波束声线传播的声速剖面反演法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第24卷第3期海洋科学进展Vol.24No.32006年7月ADVANCESINMARINESCIENCEJuly,2006基于多波束声线传播的声速剖面反演法31,2,32,32,31阚光明,刘保华,王揆洋,张维冈(1.中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛266003;2.海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室,山东青岛266061;3.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061)摘要:以测得的误差声速剖面作为初始猜测值,利用多波束记录到的波束传播时间和波束角等信息,通过广义线性反演得到一个与实际声速剖面比较接近的声速剖
2、面,这有助于减少声速剖面的误差。通过理论模型计算,验证了该方法的可行性和正确性。关键词:多波束测深系统;声速剖面;广义线性反演;阻尼最小二乘法中图分类号:P318文献标识码:A文章编号:167126647(2006)0320379205海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,测得的声速剖面的误差大小直接影响测深结果的精度和可靠性。海水声速本身是一个重要的海水物理参数,它可表示为温度、盐度和深度(或压力)的[1]函数。从20世纪50年代起,一些学者先后提出了适用不同海况的声速经验公式。周丰年等通过对由不同声速公式计算
3、出的声速和声速变化率进行统计分析,得出了适合不同水层和海区的最优声速公式。在多波束测深过程中,如果使用具有较大误差的声速剖面,就会使实测海底发生水平偏移和深度偏差,使所获得的水深数据精度下降,严重时资料甚至完全作废。因此要获得高精度的水深测量资料,除了进行诸如潮位、[2]船只吃水、换能器安装角度等方面的校正和改正之外,还必须对多波束测量数据进行声速校正。何高文等对不同方法(CTD剖面、SVP216剖面和全球大洋声速数据库)获得的同一海区声速剖面进行了对比分析,并[3]对声速校正的技术方法进行了讨论。目前进行声速校正的方法主要有
4、2种:一种是重新拟合最佳声速剖面,使选择的声速特征点能够最佳拟合声速剖面;另一种是采用面插值的方法增加测区内声速剖面测点的密度。这2种方法都是在某一点所测得的声速剖面准确无误的条件下方可成立,但实际上由于各种因素的影响,某一点所获得的声速剖面包含各种误差,有时这种误差还非常大。作为一种方法,可以考虑以测得的误差声速剖面作为初始猜测值,通过反演得到一个比较接近实际声速剖面的反演声速剖面。海洋声学反演是通过观测数据推测出海洋声传播介质特征及其参数的研究手段之一。目前许多研究工[426]作者利用匹配场反演(MFI)方法逆推浅海海底的
5、地声参数。Skarsoulis等引入峰值到达的概念,采用峰[7]值到达匹配反演方法逆推出深海声速剖面。张忠兵等采用单个接受水听器上的不同声线到达时间差来反[8]演浅海声速剖面。作为一种尝试,在假设海底水平的条件下,本文以测得的误差声速剖面作为初始猜测值,充分利用多波束记录的多个波束的波束传播时间和波束角等信息,通过广义线性反演得到一个与实际声速剖面比较接近的声速剖面,使用此声速剖面进行声速校正,有助于减少因误差声速剖面而引起的误差地形。1模型建立假设海底是水平的,声速在海水中是纵向成层分布的,每层内声速保持不变,这种声场假设能
6、够满足多3收稿日期:2005207204基金项目:国家高技术研究发展规划计划———智能控制变能量组合电火花震源技术(2004AA616070)作者简介:阚光明(19812),男,山东菏泽人,博士研究生,主要从事海洋地球物理数据处理方面研究。E2mail:kgming135@163.com(高峻编辑)380海洋科学进展24卷波束勘探的要求,实际的海洋声场在多数情况下也是如此。在上述假定下,波束在海水中传播路径如图1所示。Hj为第j层的厚度,Vj为第j层的声速,θij为第i个波束在第j层的入射角,tij为第i个波束在第j层的走时。
7、由斯奈尔(Snell)[9]定律可得:sinθi1sinθi2sinθijsinθi,n-1sinθin=====P(1)V1V2VjVn-1Vn其中,P为射线参数。因此:V2sinθi2=sinθi1(2)V1VjVjsinθij=sinθi,j-1=sinθi1(3)Vj-1V1图1海水中声线传播路径示意图VnVnFig.1Schematicdiagramofsoniclinesinθin=sinθi,n-1=sinθi1(4)Vn-1V1travellingpathinthesea则第i个波束在各层的单程走时:H1V1H
8、1ti1==(第1层)(5)V1cosθi1222θV1V1-V1sini1H2V1H2ti2==(第2层)(6)V2cosθi2222θV2V1-V2sini1HjV1Hjtij==(第j层)(7)Vjcosθij222θVjV1-Vjsini1第i个波束总的双程走时:nn
