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单模技术,即浅海单个简正波声场激发技术,是以简正波理论为基础的,研究浅海声传播的有效方法。利用单模发射技术可以激发任意指定的单模和多模的声场,所以可以有针对性的选取具有某种特性的模式,比如衰减较小的低号模式,来研究浅海声场,进行水下声通信和水下目标探测。
单模发射的最终目的,是寻找合适的发射阵加权系数,使得发射阵在该加权系数的控制下,可以激发出期望的单模声场。对于水平分层环境,不但反馈阵处接收到的是单模声场,而且反馈阵之外的任何地方均应是单模声场。但是实际的单模控制过程是,先根据环境参数预先计算出期望的单模声场,再用这个声场反馈控制发射阵的加权系数,使得加权系数逐步收敛至某个特定值,该特定值具有这样的特性:在该加权系数的控制下,发射阵激发的声场在反馈阵处是期望的单模声场。水文、海深可以通过测量得到较为准确的结果,而海底参数的估计则困难得多。海底参数的错误估计会导致这样的结果:反馈控制稳定后,在反馈阵处接收到的声场是期望的单模声场,但是在反馈阵之外的任何地方均不是单模声场,这显然不满足单模发射的要求。所以说海底参数和沉积层结构对单模发射有着至关重要的影响。
为了提高单模发射的质量,我们需要通过匹配场反演预先获知海底参数。结合单模发射的实现方式,本文提出了基于发射阵和接收阵之间的格林函数矩阵奇异值分解的海底参数反演方法,结合自适应下山模拟退火算法,采用Kraken声场计算程序,分别针对一层高声速海底模型,两层低声速和高声速沉积层海底模型,进行仿真反演计算,得到了海底环境参数。最后对2008年3月在海南三亚湾的海上试验数据进行了反演,对同一地点的多组发射数据,得出了一致的海底声速值,初步证明了反演方法的有效性。