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基于声传播损失的南海海域地声参数敏感性分析

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海洋科学进展 2024年第3期42卷 590-601页

作者：李润杨春梅宋鹏李官保刘宗伟姜莹吕连港自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100

以中国南海地声-水声联合调查实验数据为基础,利用多道地震数据偏移成像以及浅地层剖面数据反演获取了一个分层地声模型。通过设定该模型各层地声参数的参考值和变化区间,结合实测的水体声学参数,利用Krakenc耦合简正波模型计算了不同... 详细信息

以中国南海地声-水声联合调查实验数据为基础,利用多道地震数据偏移成像以及浅地层剖面数据反演获取了一个分层地声模型。通过设定该模型各层地声参数的参考值和变化区间,结合实测的水体声学参数,利用Krakenc耦合简正波模型计算了不同地声参数下的声传播损失;分析了理论与实测声传播损失均方根误差随地声参数的变化规律以及均方根误差的区间分布情况。研究结果表明:对于频率100 Hz的声传播,地声模型第一层和第二层沉积层的声速对声传播损失影响最为显著;第一层和第二层沉积层衰减系数、厚度对声场的影响次之;基底对声场的影响最小。本文在接近真实海底的环境下研究了海底各分层结构中地声参数对声场的影响,可为建立海洋环境地声模型提供一定的依据。

关键词：地声模型地声参数耦合简正波声传播损失

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改进粒子滤波在海底地声参数反演中的应用

声学技术 2022年第5期41卷 763-773页

作者：吴伟文任群言鹿力成马力中国科学院声学研究所中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

海底地声参数作为海洋声信道的重要组成部分,很大程度上决定了海洋声传播特性。地声参数可以通过反演算法获得,与距离相关的地声反演问题近年来是研究的热点。粒子滤波是一种高效的序贯寻优算法,可以在海底声学特性随距离缓慢变化情形下... 详细信息

海底地声参数作为海洋声信道的重要组成部分,很大程度上决定了海洋声传播特性。地声参数可以通过反演算法获得,与距离相关的地声反演问题近年来是研究的热点。粒子滤波是一种高效的序贯寻优算法,可以在海底声学特性随距离缓慢变化情形下,有效解决地声参数的估计问题。但当海底声学特性随距离变化剧烈,如沉积层分层情况发生改变时,传统的粒子滤波则可能失效。为解决此问题,有文献使用了带桥接重采样的粒子滤波反演地声参数。文章在此基础上进一步改进了粒子的采样方式,并将此方法应用到基于海底反射系数的反演中。通过仿真数据处理结果证明,文中提出的改进粒子滤波在地声参数随距离变化剧烈的情况下仍具有较好性能,可以准确地估计海底特性随距离的变化规律和海底沉积层的声学参数。

关键词：地声参数粒子滤波序贯方法

基于浅海简正波频散特性的海底地声参数反演研究

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基于浅海简正波频散特性的海底地声参数反演研究

作者：刘兴棣哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着综合国力的不断提升,我国的发展战略发展的重心逐渐从内陆转向海洋,合理的开发和利用海洋有助于我国的综合可持续发展,因此对海洋的研究就显得尤为重要。迄今为止,声信号是目前已知在海水中最有效的传播手段,相比于在空气中传播效... 详细信息

随着综合国力的不断提升,我国的发展战略发展的重心逐渐从内陆转向海洋,合理的开发和利用海洋有助于我国的综合可持续发展,因此对海洋的研究就显得尤为重要。迄今为止,声信号是目前已知在海水中最有效的传播手段,相比于在空气中传播效果更好的光波和电磁波,声波在水中的传播衰减要比它们小得多。浅海是人类进行生产生活的主要场所,因此针对浅海环境下声场传播特性的研究对人类认识海洋、利用海洋、发展海洋有着重要的意义。对声场在海洋中传播研究中,海洋环境和海底对声场的传播共同产生着作用。自二战结束以来,众多学者对海洋进行研究时发现,浅海环境中海底对声场传播的影响要远大于海洋环境,所以对浅海环境下声场传播特性进行研究时,应当重点考虑海底对声场传播的影响。对海底进行研究主要是获取海底的地声参数,主要包括沉积层的横、纵波声速和密度,海底的横、纵波声速、密度以及声速衰减。本文主要针对浅海地声参数反演问题,研究了一种基于简正波群速度的非线性贝叶斯反演方法对沉积层厚度、密度及纵波声速,海底密度、横波声速以及纵波声速进行反演。首先,根据简正波在浅海中的传播性质建立了具有液态沉积层的Pekeris波导正演模型,利用n层海底介质群速度频散理论推导计算出模型群速度频散曲线,并将计算结果与基于KrakenC声场软件的计算结果相对比,验证了正演模型的正确性;其次对寻优算法展开讨论,分析了传统优化算法的不足,提出使用基于非线性贝叶斯算法的自适应单纯形模拟退火(Adaptive Simplex Simulation Annealing,ASSA)进行反演;然后基于似然函数建立实际群速度与理论群速度之间的目标函数并分析其对待反演参数的敏感度;在上述工作的基础上,建立参数化海洋环境模型进行仿真数据反演,基于Metropolis接受准则采样得到待反演地声参数的后验概率密度作为反演结果,结果表明:各参数后验概率密度大小基本与参数敏感度大小关系保持一致,反演结果也接近设定仿真参数,证明了反演方法的可行性。最后结合实验数据,提取声波群速度频散信息进行非线性贝叶斯反演,分析反演所得地声参数,讨论参数间相互关系,将反演所得地声参数写入KrakenC声场软件计算群速度频散曲线与实验数据中提取到的群速度频散曲线对比,验证反演方法实用性。

关键词：地声参数非线性反演贝叶斯原理自适应单纯形模拟退火

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地声参数及传播损失不确定性估计与建模

应用声学 2015年第1期34卷 71-78页

作者：过武宏笪良龙赵建昕海军潜艇学院青岛266071

地声参数的不确定性对水声传播具有重要的影响。通过贝叶斯理论建立水声环境不确定性推理模型,理论推导了地声参数的似然函数以及地声参数和传播损失的后验概率密度,并采用MCMC(Markov Chain Monte Carlo)进行了仿真计算,给出了地声参... 详细信息

地声参数的不确定性对水声传播具有重要的影响。通过贝叶斯理论建立水声环境不确定性推理模型,理论推导了地声参数的似然函数以及地声参数和传播损失的后验概率密度,并采用MCMC(Markov Chain Monte Carlo)进行了仿真计算,给出了地声参数的二维后验联合概率密度和一维边缘概率密度,在此基础上对传播损失的不确定性进行了估计,得到了传播损失80%的可信区间。仿真和实验结果表明,该方法适用于地声参数反演和不确定性估计,并能获取因地声参数不确定性导致的传播损失不确定性估计。

关键词：贝叶斯后验概率密度地声参数马尔可夫链蒙特卡洛

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消频散变换反演海底地声参数

中国海洋大学学报（自然科学版） 2011年第S1期41卷 433-435页

作者：姚玉玲高大治任新敏中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100

提出1种将消频散变换应用到海底地声参数反演的方法。对单一水听器接收声压信号进行消频散处理后,根据群延时差建立代价函数,反演得到主要海底参数,最后根据贝叶斯统计理论给出了待反演地声参数的边缘后验概率密度。对单层波导进行仿真... 详细信息

提出1种将消频散变换应用到海底地声参数反演的方法。对单一水听器接收声压信号进行消频散处理后,根据群延时差建立代价函数,反演得到主要海底参数,最后根据贝叶斯统计理论给出了待反演地声参数的边缘后验概率密度。对单层波导进行仿真证明这种新方法的有效性。

关键词：消频散变换地声参数边缘概率密度

基于深海声影区海底反射损失的地声参数反演方法

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声学技术 2020年第1期39卷 28-33页

作者：徐丽亚杨坤德西北工业大学航海学院陕西西安710072 海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室(西北工业大学) 陕西西安710072

海底的声速、密度、衰减系数等地声参数,在声场预报、目标定位中十分重要。因地声参数原位测量和海底采样在深海中实施困难,需要寻找新的方法来获取地声参数。在深海声影区环境下,直达波会随着距离的增加而逐渐消失,一次反射波及多次反... 详细信息

海底的声速、密度、衰减系数等地声参数,在声场预报、目标定位中十分重要。因地声参数原位测量和海底采样在深海中实施困难,需要寻找新的方法来获取地声参数。在深海声影区环境下,直达波会随着距离的增加而逐渐消失,一次反射波及多次反射波是对深海声影区声场起重要作用的多途信号。文章首先对声影区多途达到结构进行分析,利用多次比较法得到随掠射角变化的反射损失,并对海底地声参数进行反演,然后将反演的地声参数代入声场模型得到海底反射损失,将其与实验测量结果进行比较,结果吻合较好。并通过对反演过程的散点图和后验概率进行分析,证明了反演结果的可靠性。该方法可用于深海声影区的海底地声参数的反演。

关键词：地声参数声影区海底反射损失反演

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沉积物特性参数反演及地声参数测量研究

沉积物特性参数反演及地声参数测量研究

作者：吴琼哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

研究海底沉积物的特性在军事和民用上具有重大的意义，利用声学手段获取沉积物特性参数逐渐成为海洋研究的重要内容。为了实现沉积物特性参数的获取，本文以沙质沉积物为对象，在实验室条件下研究了沉积物特性参数反演方法和地声参数测... 详细信息

研究海底沉积物的特性在军事和民用上具有重大的意义，利用声学手段获取沉积物特性参数逐渐成为海洋研究的重要内容。为了实现沉积物特性参数的获取，本文以沙质沉积物为对象，在实验室条件下研究了沉积物特性参数反演方法和地声参数测量方法。本文提出的反演方法是以Biot理论为基础建立基于等效密度流体近似的声反射模型，通过对反演问题优化设计，根据反射损失构建目标函数，配合小生境遗传算法来实现的，并且分别通过仿真算例和利用实测反射损失数据反演证明了该方法的有效性。对于反演效果，孔隙度、颗粒质量密度和声速的反演精度较高，平均颗粒粒度与衰减系数的反演精度次之，颗粒体积弹性模量的反演结果不确定度最大。对于沉积物地声参数测量，本文研究了基于脉冲压缩技术的宽带测量方法，包括宽带测量原理阐释，测量方法的仿真研究，最后在实验室中对沉积物样品进行测量，通过宽带测量结果与窄带测量结果的比较证明了方法的可靠性。该方法的好处是大大提高了测量效率，减小了数据处理的工作量;缺点是测量频带边缘处的结果不可信，且对发射换能器的工作性能要求较高。

关键词：沉积物特性参数反演地声参数测量

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浅海海底地声参数反演的差异进化算法

浅海海底地声参数反演的差异进化算法

2008年全国声学学术会议

作者：鹿力成马力陈耀明吴国清中国科学院声学研究所

＜正＞1引言差异进化（Differential Evolution,DE）算法是Ken Price在求解Chebychev多项式拟合问题时提出的一种有效算法。差异进化算法是一种全局优化策略,算例证明对实数值、多模式目标函数优化测试等问题有极佳的寻优效果。DE算法... 详细信息

＜正＞1引言差异进化（Differential Evolution,DE）算法是Ken Price在求解Chebychev多项式拟合问题时提出的一种有效算法。差异进化算法是一种全局优化策略,算例证明对实数值、多模式目标函数优化测试等问题有极佳的寻优效果。DE算法除了有较好

关键词：差异进化算法地声参数地声反演全局优化目标函数抗噪声能力

来源： cnki会议评论

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被动地声参数反演研究

杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2018年第2期38卷 45-49页

作者：徐莹莹潘翔浙江大学信息与电子工程学院浙江杭州310027

地声参数反演是获取海洋环境参数的重要手段。与传统反演方法比较,被动反演不需发射低频声波,因而在生态上能减少对海洋动物的危害,同时有助于秘密军事行动。被动反演通过接收移动船只在浅海环境辐射的宽带噪声,利用声场的低频干涉特性... 详细信息

地声参数反演是获取海洋环境参数的重要手段。与传统反演方法比较,被动反演不需发射低频声波,因而在生态上能减少对海洋动物的危害,同时有助于秘密军事行动。被动反演通过接收移动船只在浅海环境辐射的宽带噪声,利用声场的低频干涉特性即时间-频率域以及波数-频率域的干涉条纹,进行参数反演。在理论分析的基础上,通过数值仿真验证了被动反演方法的有效性,并获得了底层声速、密度以及海水深度3个参数。性能分析表明,被动反演方法需要大于20dB的信噪比,噪声的影响比模型失配大,其收敛速度与匹配场反演相近。

关键词：地声参数被动反演干涉条纹浅海数值仿真