036] 参照图4和图5,可知水听器接收到的两个爆炸声源的前4阶模态在低频段分离开 来，呈现出频散的特性，所W利用warping变换来提取两个爆炸声源在低频段(f<300化）的 前4阶模态频散曲线。图5中白色曲线即为提取出的模态频散曲线。具体做法为：
[0037] ①水听器接收到两个距离分别为ri和η爆炸声源的两个时域信号用前4阶模态频 散曲线表示为：
[00；3 引
0>
[0039]式中Am(t)为第m阶模态的瞬时幅度，fcm=mc/2D表示第m阶模态的截止频率，D为实 验海区的平均水深，C为水中平均声速。
[0040]②利用warping变换函数}1如）=[*2+(。八)2]1/24 = 1，2对水听器接收的两个爆 炸声源的时域接收信号分别进行变换，得到warping域的两个接收信号为：
[0041 ]
α)
[0042] 式中hi' (t)表示wa巧ing变换函数hi(t)的导数。
[0043] ③对warping域的两个接收信号分别进行滤波处理，将前4阶模态分离开。所述滤 波带宽设置相同为:第1阶频带0-細Z，第2阶频带7-13化，第3阶频带14-19HZ，第4阶频带20- 2甜Z。从而将warp ing域的两个接收信号的前4阶模态频散曲线分离。
[0044] ④利用逆waiting变换函i
= 1，2对滤波处理后waiting 域的两个接收信号的前4阶模态频散曲线分别进行处理，从而将两个原时域接收信号的前4 阶模态频散曲线分离提取出来。
[0045] (1)参照图3和图5,由模态频散曲线能量差反演海底衰减系数。具体做法为：
[0046] ①对两个原时域接收信号的分离开的前4阶模态频散曲线中相同阶数的频散曲线 进行模态幅度比，得到对应频率为f的第m阶模态幅度比为：
[0047]
0)
[004引式中E{ ·}表示求均值，t。表示在模态频散曲线上对应频率为f的点的时间坐标， 对于f<100Hz:Δt = 0.1s，Δf = 2Hz;对于f〉100Hz:Δt = 0.02s，Δf = 10Hz。4K/)和 4;U/)分别表示两个爆炸声源的对应频率为f的第m阶模态幅度。在图5中W50化和150Hz为 例，图5中黑色矩形框即为50化所对应的需要计算的模态能量的区域，而红色矩形框即为 150化所对应的需要计算的模态能量的区域。
[0049]②通过将海底衰减系数β在[00.5]范围内变化，使代价函数約倒最小时，对应的β 值即为反演得到的海底衰减系数值。反演的代价函数例/?)为：
[(Κ)加]
[0化1 ]式中Δ4：；(/)表示实验数据得到的模态幅度比，Μ;(/，^)为模型计算的模态幅度 比。.爲。和/品分别为对应于第m阶模态的下边带和上边带，计算过程中，设置为 ./1-250IL·, ./1-4()?1ζ, - 3()() I Iz , ,/l-300IIz. ii=8()Hz, A. =300 Hz.
[0052]③为了得到模拟爆炸声源的模态幅度，本发明将利用极近距离接收到的爆炸声源 的时间序列作为模拟发射声源，参照图3所示。经过Kraken模型计算得到相应距离上的模拟 接收信号，从而保证了模拟发射信号和实际爆炸信号初始时刻几乎完全相同。
[0化3] 参照图6，在一个距离上通过将接收水听器放置在27.4m、48.3m和67.2m深度上，来 计算不同接收深度下的海底衰减系数。并且通过不断变化两个爆炸声源的距离，来计算不 同距离上的海底衰减系数。其中图6的横坐标所示距离为两个爆炸声源的平均距离。图6中 虚线表示所求出的平均海底衰减系数为0.0912地A。
【主权项】
1. 一种利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数的方法，其特征在于步骤如下： 步骤1:在被测海底区域同一深度投放两个距离分别为r#Pr2的爆炸声源，水听器布放 点和两个爆炸声源在一条直线上，分别提取两个爆炸声源的前4阶模态频散曲线，步骤如 下： 步骤(la):水听器接收到两个距离分别为^和^爆炸声源的两个时域信号用前4阶模态 频散曲线表不为：式中Am( t)为第m阶模态的瞬时幅度，f ?=mc/2D表示第m阶模态的截止频率，D为实验海 区的平均水深，c为水中平均声速； 步骤(2&):利用￥3印;[1^变换函数1^(1:) = [1:2+(；1^/(3)2]1/24 = 1，2对水听器接收的两个 爆炸声源的时域接收信号分别进行变换，得到warping域的两个接收信号为：式中h/ (t)表示warping变换函数hi (t)的导数； 步骤(3a):对warping域的两个接收信号分别进行滤波处理，将前4阶模态分离开;所述 滤波带宽设置相同为:第1阶频带〇-6Hz，第2阶频带7-13Hz，第3阶频带14-19HZ，第4阶频带 20-25HZ;从而将warping域的两个接收信号的前4阶模态频散曲线分离； __ |.1 y.2 步骤（4a):利用逆warping变换函数/?= I，2对滤波处理后 warping域的两个接收信号的前4阶模态频散曲线分别进行处理，从而将两个原时域接收信 号的前4阶模态频散曲线分离； 步骤2:由模态频散曲线能量差反演海底衰减系数，步骤如下： 步骤（lb):对两个原时域接收信号的分离开的前4阶模态频散曲线中相同阶数的频散 曲线进行模态幅度比，得到对应频率为f的第m阶模态幅度比为：4 式中E{ ·}示求均值，t。表示在模态频散曲线上对应频率为f的点的时间坐标，对于 100Hz : Δ t = 0 · Is，Δ f = 2Hz ;对于 f>100Hz : At = 0.02s，Δ f = 10Hz ; 4(/:)和 4^.(/)分别 表示两个爆炸声源的对应频率为f的第m阶模态幅度； 步骤(2b):通过将海底衰减系数β在[0 0.5 ]范围内变化，使代价函攸M/y)最小时，对应 的m直即为反演得到的海底衰减系数值； 反演的代价函数(釣为：式中(/)表示实验数据得到的模态幅度比，Δ4"(/,灼为模型计算的模态幅度比； 乂1和.4:分别为对应于第m阶模态的下边带和上边带，计算过程中，设置为 ./l=10Hz; /l,=250Hz, ^a=40Hz, /L=30QHz, ./l=70Hz, ,/^=300Hz, ./^in=8〇H, ,C=300 H/
【专利摘要】本发明涉及一种利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数的方法，利用模态频散曲线的幅值能量信息，实现对海底衰减系数的反演，本发明提出一种利用两个爆炸弹模态频散曲线能量差来反演海底衰减系数的方法，用于实现对实验海区的海底衰减系数进行估计。该发明方法利用了宽带爆炸声源在浅海中传播时产生的频散效应，重点反演浅海海域。本发明方法首先将接收水听器布放在一定深度上，然后在同一直线、不同距离上投放型号参数完全相同(认为爆炸时产生相同的信号)的爆炸声源，从而接收到两个爆炸声源的时频图；然后利用warping变换对两个爆炸声源的时频图进行处理，从而得到前4阶模态频散曲线的传输能量差；然后利用模态频散曲线能量差反演海底衰减系数。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105631194
【申请号】CN201510963888
【发明人】杨坤德, 郭晓乐
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月20日