模基海底地声参数估计方法研究

发布时间：2020-06-09 12:42

【摘要】：海底地声参数是影响海洋中声传播的重要因素,地声参数不确定或不准确时,影响声传播的预报结果,进而影响基于声传播模型的水中目标定位性能。地声参数的获取是浅海声学研究的一项重要内容,地声参数获取研究在军事和民用上具有重大意义。地声参数的获取有两大类方法,一类是海底采样法和原位测量,一类是基于物理模型的声学参数反演。由于海洋环境的时变性与复杂性,地声参数反演省时省力而且保护环境,并可获取大范围的海底声学参数,利用声传播特性进行地声参数反演是水声界的主流方法。针对地声参数获取问题,本文使用以声传播模型和信号处理相结合的模基信号处理理论为基础,通过构建状态方程与测量方程,结合粒子滤波算法,使用带权值粒子的分布来表示参数的后验概率分布,不断地迭代实现参数的追踪,将参数反演问题转换为参数追踪问题或求目标状态的问题,选择后验概率最大的状态当作目标状态。本文在粒子滤波算法、声传播理论和海洋环境模型理论基础上,确定地声反演参数,选取声压作为观测量,并引入粒子群对粒子滤波进行优化,建立了基于声压概率模型的海底声学参数反演方法,粒子群优化后的粒子滤波降低了粒子数从而节约时间,且提高了反演精度。本文开展了粒子滤波用于地声参数反演的仿真分析,证明了反演方法的可行性。利用海上实验中垂直水听器阵上接收的定深爆炸源产生的信号,进行了基于宽带声源地声参数反演实验数据处理,得到了实验海区的海底地声参数。
【图文】：

系统框图,水声环境,参数反演,系统框图

第 1 章绪论.2.1 匹配场海底参数反演匹配场处理[5-6]（MFP：Matched Filed Processing）：匹配场就是利用声场模型结境参数计算出声场匹配量，此处的匹配量可以是声压，波阻抗，模态函数等，，用此量与基阵接收到的数据经过处理得到的匹配量相比较，通过目标函数比较他们的相，最后通过寻优算法寻找最大目标函数所对应的状态参数。状态参数是距离信息那是匹配场定位，如果状态参数为环境参数那么这个过程就是匹配场反演。在水声应用领域反演流程如下：

水声,信号处理,模态函数

图 1.2 水声模基信号处理年 Candy 和 Sullivan[25]提出了‘模基辨识器’（MBID）的概念，即在声压将垂直阵列上声压与模态函数的关系作为测量方程，利用已知的参数信息度上的模态函数互相递推来估计模态函数。用模基辨识器不仅可以估计模波数还可以做声速剖面（SSP）的反演估计[26]。1994 年 Hudson Canyon 将为窄带信号，然后使用它们组合模基信号处理器的方法进行了宽带声场处最佳贝叶斯解[27]。Yardim 等人详细比较了卡尔曼滤波、无迹卡尔曼与粒，并且使用水平阵做了随距离变化的海底的 SSP，沉积层厚度，沉积层的减等参数，用垂直阵研究了随时间变化的海底的 SSP，沉积层厚度，沉积积层衰减等参数[28]。Carriere[29]等人使用扩展卡尔曼的方法反演了声速剖。此后他们进一步使用比扩展卡尔曼更好的无迹卡尔曼方法来反演了与距剖面。Nattapol Aunsri 等人[30]使用序贯滤波技术反演了沉积层的声速剖。Ivan Zorych[31]等人利用粒子滤波追踪到了散射曲线。Yong-Min Jianghapman[32]使用贝叶斯反演了动态浅海环境下的参数，并做了概率分[33]
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB56

【参考文献】