利用随机多项式展开的海底声学参数反演方法

李风华 王翰卓

1) (中国科学院声学研究所, 声场声信息国家重点实验室, 北京 100190)

2) (中国科学院大学电子电气与通信工程学院, 北京 100049)

为了提高地声反演算法的计算效率, 探索克服地声反演结果多值性问题, 本文利用宽带、多收发位置的传播损失数据结合传播损失在地声参数先验搜索区间内的随机多项式展开系数矩阵, 反演得到海底纵波声速、吸收率和密度比重.使用随机多项式展开近似传播损失时, 展开系数的自变量为声波频率、收发位置等参数, 随机多项式的自变量为表示声速、吸收率、比重在各自搜索区间内均匀分布的随机变量.传播损失的展开系数通过嵌入随机多项式的声学宽角抛物方程结合盖辽金投影、最小角度回归算法计算求得.在低频、一定声传播水平距离以内和地声参数搜索区间长度适中时, 使用随机多项式展开近似传播损失的相对误差在1%以下.仿真发现, 在浅海环境中使用低频、一定声传播水平距离以内的传播损失数据, 在接收信号信噪比较高、声源和水听器相对位置误差较小时, 选择合适的随机多项式展开截断幂次可较准确地反演海底声速、吸收率和密度比重, 且计算效率比网格遍历搜索方法提高一个数量级以上.

1 引 言

海洋声学中的逆问题是利用海水中声波所携带的声源位置及海洋信道环境特性信息, 对声源位置和介质参数进行求解.地声反演问题是快速获取局部海域等效海……