【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声纳定位，尤其是涉及一种基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法。
技术介绍
1、近几十年来，随着北极海冰的逐渐减少，北极航道已经成为一种可行的新的航线选择。同时由于北极海洋环境发生剧烈的变化，以往对于北极水下的声传播认识和相关的水声应用方法都需要研究是否依旧正确和可行。北冰洋海域具有独特的声速单调增大的声速剖面，而且声速剖面在表层和深层具有不同的声速正梯度，表层梯度较大、深层梯度较小。对于北冰洋独特的声速剖面，国际上利用爆炸声源和换能器声源开展很多远距离声传播实验研究，观测到了宽带脉冲声源在北冰洋环境下会形成简正波的频散结构。根据海洋声学的简正波理论，海洋中的声信号在传播过程中可以表示为一系列的简正波叠加的形式，不同号、不同频率的简正波具有不同的群速度，因此在接收端会形成频散结构，特别是在远距离传播的情况。简正波的频散结构与声源位置信息、海洋环境信息密切相关，因此简正波的频散结构可用于声源定位、海洋环境反演等问题，但目前主要是在浅海海域开展相关的应用，因为一般的深海情况下无法形成的简正波频散结构。
2、由于北极富含大量地下石油天然气等资源，多个国家常常在夏季无海冰或少海冰的情况下对于北冰洋开展基于气枪等声源的地震勘探实验，气枪声源具有声源深度浅、声源源级高的特点，声源深度浅对于北极独特声速剖面的情况有利于激发各号简正波的高频部分、获得更多的频散信息量，源级高有利于远距离声传播。目前对于北冰洋的气枪信号，主要集中在利用气枪信号的能量研究北冰洋声传播损失随距离的变化情况，没有进
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述问题，利用北极深海典型声速剖面条件下的宽带声信号频散结构的时域特点，提供一种基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法。
2、本专利技术包括以下步骤：
3、1)在北极深海海域布放潜标锚系系统，在潜标上搭载自容式的水声信号采集系统设备，将设备深度设置在表层海水，同时利用声速剖面仪对实验海域采集全水深的声速剖面；
4、2)根据采集的全水声声速剖面，利用简正波声场计算模型计算在10hz到100hz的前十号简正波的群速度随频率的变化曲线，利用第二号到第十号的群速度获得起始脉冲信号的等效群速度，利用第二号简正波的高频部分群速度获得结束脉冲信号的等效群速度，由二者计算得到频散结构持续时间随距离的变化曲线；
5、3)对经过远距离传播的实测宽带脉冲声信号，通过带通滤波、希尔伯特变换等获得声信号的时域波形包络，由最先到达的脉冲峰值中估计简正波频散结构起始时刻，由最后到达的脉冲峰值中估计简正波频散结构结束时刻；
6、4)利用实测声信号估计得到的披散结构持续时间和声场模型仿真计算的频散结构持续时间随距离的变化曲线进行匹配，获得对实测声信号的声源距离估计。
7、本专利技术首先在北极深海海域布放声信号采集系统设备，接收深度设置为北极深海表层，对于经过远距离传播、未经海底山遮挡的具有完整简正波频散结构的宽带声信号，通过低频带通滤波、希尔伯特变换获取声信号包络，取最早到达的脉冲信号中最后一个峰值作为频散结构起始时刻，取最晚到达的脉冲信号中最后一个峰值作为频散结构结束时刻，两者之差作为频散结构持续时间；对实验海域采集北极深海完整声速剖面，基于简正波声场模型计算简正波群速度，基于各号简正波群速度获得等效最大和最小群速度，可计算得到频散结构持续时间随声信号传播距离的变化曲线，将实验实测持续时间与之匹配可获得声源距离的估计。利用单个水听器即可实现北极深海水下宽带脉冲声源距离估计；受北极深海表层声速剖面变化影响较小；受地形限制，在传播路径上有浅海底山遮挡简正波而无法形成完整频散结构时，该方法失效。本专利技术包括北极深海远距离传播宽带脉冲信号采集、全海深声速剖面测量、利用声场模型计算等效群速度、利用等效群速度计算频散结构持续时间随距离变化曲线、对接收声信号进行包络计算获得实测频散结构持续时间、匹配频散结构持续时间估计远距离宽带脉冲声信号的声源距离。与现有方法相比，本专利技术具有如下优点：
8、1)基于单个水听器采集的声信号时域波形就可估计声源距离；
9、2)基于北极深海的典型声速剖面特征而形成的时域波形特征，对北极深海表层声速剖面的细节变化不敏感，方法很稳定；
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1.基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于在步骤1)中，将水声信号采集系统设备的声信号接收深度设置为海水表层深度，用于接收远距离传播、能量集中在海水表层的声信号。
3.如权利要求1所述基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于在步骤1)中，所述利用声速剖面仪对实验海域采集全水深的声速剖面，采集设备布放海域的声速剖面，采集深度范围尽量覆盖整个深海水体。
4.如权利要求1所述基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于在步骤2)中，所述计算得到频散结构持续时间随距离的变化曲线的具体步骤为：
5.如权利要求1所述基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于在步骤3)中，所述对经过远距离传播的实测宽带脉冲声信号具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于在步骤1)中，将水声信号采集系统设备的声信号接收深度设置为海水表层深度，用于接收远距离传播、能量集中在海水表层的声信号。
3.如权利要求1所述基于完整简正波频散结构持续时间的北极深海水下宽带脉冲声源距离估计方法，其特征在于在步骤1)中，所述利用声...
【专利技术属性】
技术研发人员：翁晋宝，戚聿波，杨燕明，文洪涛，周鸿涛，
申请(专利权)人：自然资源部第三海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
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