基于波恩近似的二维浅海声层析研究

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1、国幽密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年05月CHENDemingAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofAcousticsInstituteofAcousticsMay,2013中国科学院声学研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是本人在导师的指导下

2、，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文使用授权说明论文作者签名：详键欹日期：凶I>年万月莎日本人完全了解中国科学院大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：·按照中国科学院大学要求提交学位论文的印刷本和电子版本；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它

3、复制手段保存论文；(保密论文在解密后遵守此规定)论文作者签名：两爨瞬导师签名：日期：如l’年。硼o≥,Et基于波思近似的二维浅海声层析研究摘要海洋声学层析这一概念由Munk与Wunsch于1979年提出，其对于研究海洋水体声速剖面(SSP)的时空特性有着重要的应用。目前主要的海洋声层析方法有传播时间差反演、简正波层析方法及基于匹配场理论的反演方法等。在浅海环境中由于存在观测尺度较小、海底的影响较大、声线难以分离等困难，使得传播时间差反演方法及简正波层析方法难以在浅海环境中应用；基于匹配场理论的方法存在着反演时间较长、容易出现多解的问题，因而这些方法主要针对

4、深海环境或水平不变的浅海环境。在水平剧变的浅海环境中二维的声速剖面才能有效描述，但至今仍未提出实用有效的二维浅海声层析方法。在这样的背景下，本文提出一种二维浅海声层析方法并讨论其理论可行性。其主要的思路：将一个水平变化的浅海环境等效为一个水平不变的背景环境叠加微弱的二维扰动，由波动方程推导出声速扰动与格林函数扰动之间的关系式，然后引用波恩近似解决二者之间的非线性问题，将反演过程简化为线性方程组的求解过程，再利用Tikhonov正则化算法并结合共轭梯度算法(CG)求得最终结果。针对该方法存在的局限性做进一步改进，如引入迭代思路及先验知识。通过数值仿真实验初步

5、验证了：本文提出的二维浅海声层析方法对于重构水平变化的海洋环境，如存在局部的小幅度扰动甚至是孤立子内波的浅海环境，具有一定的理论可行性和较好的适用性，反演得到的结果具有较高的分辨率和稳定性。对提出的方法进行的改进将进一步提高反演结果的精度和收敛速度，增强该理论方法的通用性。仿真实验中使用的是垂直阵接收，声源信号主要是低频宽带信号。关键词：反演，二维浅海声层析，波恩近似，波恩迭代lW0QimenSlonaIacouStiCtomograohybyB0rnAoproxlmatlonr一1●●■·■l1一■·●inshallowwaterChenDeming(A

6、coustics)Directedby：Prof．LIFeng-HuaOceanTomographywhichwasproposedbyMunkandWumchin1979isoneofthemostimportantmethodstoestimatethetemporalandspecialvarietiesoftheoceansoundspeedprofile(SSP)．CurrentlythemainmethodsofoceanacoustictomographyareTravel--timetomography,Modaltomography,an

7、dMatched--FieldtomographyandSOon．HoweveritisdifficulttobeappliedinshallowwaterinversionforTravel-timetomographyandModaltomographymethods，becausetherearesometroubleinshallowwaterenvironmentlikerelativelytoosmallobservationscale，strongerimpactfromoceanbottomandthedifficultytoseparat

8、erayintimeaxisetc．Andthetimecosto