有界空间中沉积物声学参数测量方法研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：理学硕士学位论文有界空间中沉积物声学参数测量方法研究硕士研究生：徐修瑜指导教师：黄益旺教授学科、专业：声学专业论文主审人：时胜国教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文有界空间中沉积物声学参数测量方法研究硕士研究生：徐修瑜指导教师：黄益旺教授学位级别：理学硕士学科、专业：声学所在单位：水声工程学院论文提交日期：2018年3月11日论文答辩日期：2018年3月12日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDeg

2、reeofM.SciBoundedSedimentAcousticParametersMeasurementMethodResearchintheSpaceCandidate:XuXiuyuSupervisor:Prof.HuangYiwangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:AcousticsDateofSubmission:Mar.11,2018DateofOralExamination:Mar.12,2018University:HarbinEngineeringUniversity有界空间中沉积物声学参数测

3、量方法研究摘要随着海洋环境研究与应用的深入，海底沉积物声学参数的获取在声传播建模研究中的重要性日趋明显。目前主要获取方法有逐点在位测量以及反演。而对于海底沉积物声速的测量，关键在于传播时间提取。因此，本文主要研究不同形式信号下的时延估计算法，对其进行仿真，并通过实验数据加以验证。论文首先介绍了海底沉积物声速测量所存在的问题，分析了时延估计的发展历程以及研究现状，归纳总结出目前时延估计遇到的难点，主要在于噪声的存在、多途的干扰、信号的时变性以及宽带信号。然后介绍了沙质沉积物声速频散窄带测量方法，在有界空间内，根据时延估计来计算声速，针对存在的问题，研究了四种算法：互相关法、高阶谱法

4、、子空间分解法以及子空间拟合法。将四种算法进行对比和分析，分析噪声大小、脉冲宽度以及加窗与否对于算法性能的影响，分析各种算法在不同环境下的适用情况，最后对实验数据进行处理，分析实验存在的主要误差，设计改进算法。进一步介绍了沙质沉积物声速频散宽带测量方法，给出了宽带声速测量的必要性分析，提出基于脉冲压缩技术的声速频散宽带测量算法，进行仿真研究。设计实验室的沙质沉积物声速频散宽带测量实验，最后进行实验数据的处理。为避免多途干扰，水池实验中采用的信号脉宽较窄。由于信号频率高，因此发射信号带宽大。为了使得发射声信号的频谱与期望信号的频谱尽可能相近，论文应用实测的换能器发送电压响应对驱动信

5、号进行了补偿，以减弱换能器带宽不足带来的声信号波形的畸变。文中首先对该方法进行了数值仿真，初步验证了方法的有效性，并在此基础上开展了实验室水池实验。实验结果表明，驱动信号补偿后，窄带声信号的频峰偏移得到明显降低，宽带声信号的带宽与驱动信号的带宽更为逼近。换能器驱动信号补偿方法拓宽了换能器的工作带宽，降低了宽带测量数据的起伏，提高了与窄带数据的吻合度。关键词：时延估计；脉冲压缩；信号补偿；声速频散；沙质沉积物有界空间中沉积物声学参数测量方法研究ABSTRACTWiththedeepeningofmarineenvironmentalresearchandapplication,th

6、eacquisitionofacousticparametersofseabedsedimentshasbecomeincreasinglyimportantinacousticpropagationmodelingresearch.Atpresent,themainacquisitionmethodsarepoint-in-placemeasurementandinversion.Forthemeasurementofthesoundvelocityofseabedsediments,thekeyisthepropagationtimeextraction.Therefore,

7、thispapermainlystudiesthetimedelayestimationalgorithmunderdifferentsignals,simulatesit,andvalidatesitwithexperimentaldata.Thepaperfirstintroducestheproblemsinthesoundvelocitymeasurementofsedimentsontheseabed,analyzesthedevelopmenthistoryandre