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龙图腾网恭喜自然资源部第一海洋研究所;中山大学申请的专利浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法、装置和介质获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116520431B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2023-09-26发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310805622.0，技术领域涉及：G01V1/38；该发明授权浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法、装置和介质是由王景强;侯正瑜;李官保;阚光明;孟祥梅;孙蕾;莫丁昊设计研发完成，并于2023-07-03向国家知识产权局提交的专利申请。

本浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法、装置和介质在说明书摘要公布了：本发明公开了一种浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法、装置和介质，浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法通过获取海底沉积物所在海域的海底浅层分层结构信息，实现基于对海底沉积物的浅地层剖面的分层约束，从而利用相对高频的原位声速值对反演声速值进行校正，可以构建水平变化的海底分层宽频声速结构，相对于目前的直接测量方法，实施例中的浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法除了能够获取海底沉积物的浅表层的高频声速，还能够获取水平不变的低频分层声速结构，实现更宽频域范围内声速结构的构建，即所构建的海底声速结构具备宽频特性。本发明广泛应用于海底沉积物声学技术领域。

本发明授权浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法、装置和介质在权利要求书中公布了：1.一种浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法，其特征在于，所述浅表海底沉积物宽频分层声速结构构建方法包括：S1.研究海域试验方案设计的步骤；S2.获取海底沉积物的宽频声学特性数据的步骤；S3.反演声速值校正的步骤；S4.构建浅表层沉积物精细化宽频分层声速结构的步骤；所述研究海域试验方案设计的步骤，包括：S101.在研究海域布设地球物理测线、声传播测线、中心站和底质测量站位，通过网格化布设或者围绕中心点放射性布设；站位应沿测线布设，充分考虑到声传播的近场和远程效应，距离中心点10km内的近场采用小间距1km布设站位，距离中心点10km外的远场采用等间距5km的原则布设站位，每条测线设置g个站位；S102.采用具备作业能力的科考船，组织实施海上试验，试验内容包括底质声学原位测试、浅地层剖面探测、声传播实验和地声反演；所述获取海底沉积物的宽频声学特性数据的步骤，包括：S201.首先在科考船甲板上对原位测量设备设定发射周期、采样间隔、采样时间和发射功率参数；S202.利用动力定位系统将科考船停泊在工作站位，然后利用A架和船载地质绞车设备，将原位测量设备吊放到海底，确认原位测量设备触底后，原位测量设备开始工作，原位测量设备的声学发射电路激发发射换能器发射声波，发射声波中心测量频率分别为1kHz、3kHz、5kHz、8kHz、10kHz、16kHz、25kHz、31.5kHz、50kHz、80kHz及100kHz；声波信号穿过海底沉积物后，被原位测量设备的接收换能器接收，并存储在存储单元中；S203.利用A架和船载地质绞车设备将原位测量设备从海底提升到船甲板上，完成一次原位测量；S204.利用电脑连接原位测量设备的存储单元，将原位测量设备接收的信号导出，后续在电脑中对信号进行分析；S205.基于公式（1）计算沉积物的声速： （1）式中，V原位为沉积物原位测量声速值，L1和L2为原位测量设备发射换能器和两个接收换能器的距离，是声波在海底沉积物中传播的距离差，t1和t2为声波穿过海底沉积物到达两个接收换能器的时间，∆t为声波到达两个接收换能器的时间差；S206.利用浅层剖面仪获取研究海域的海底浅层分层结构信息，得到50m以内的沉积物精细化分层结构u层，每层的厚度为h；开展海底追踪，确定海底界面，然后划分详细的声学地层，从海底开始计算深度，根据近似垂直发射、垂直接收的双程走时，进行水深校正，并进而确定每层距离海底的深度；假设介质分层均匀，由换能器吃水深度dt，发射换能器与接收换能器间距d，利用剖面时深转换得到近似水深H0，以及各阻抗界面层深分别为H1，H2，...，Hu；假设实际水深为h0，实际地层埋深为h1，h2，...，hu，推算出校正后水深和每层深度分别为： ，=1,2，...，u（2）S207.在研究海域，开展声传播实验，将垂直水听器阵列设置在测线的两端，然后从一端开始，利用拖曳换能器沿着测线依次间隔5km发射声波信号，发射频率设置30Hz-20kHz，垂直水听器阵列接收到声传播信号并储存；在实验室中，利用全波场反演代价函数对采集的声传播信号进行地声参数反演，全波场反演代价函数为： （3）式中，m表示待反演参数向量，“*”表示复数共轭，N表示阵元个数，B表示频点数，Km为归一化因子，表示测量数据的互谱矩阵，表示拷贝数据的互谱矩阵，通过数值模拟研究匹配相关系数对海底分层厚度及地声参数的敏感性，选择敏感的参数进行反演，数值计算中近场采用波数积分SCOOTER模型；根据浅层剖面分析结果，选取建立海洋环境模型，确定待反演参数的搜索范围，建立待反演参数向量集，使用波数积分SCOOTER模型计算一定频带内的拷贝场；对实验数据进行脉冲压缩、FFT变换分析处理，得到相同频带内的测量声场；把拷贝场及测量声场代入代价函数，根据代价函数的收敛性，选择遗传算法或者全局网格搜索算法，对待反演参数在搜索范围内进行搜索，并用贝叶斯原理后验概率密度进行反演结果分析，得到最优解，从而获取海底沉积物30Hz-20kHz的声学特性反演值，频点数为B，其中B包含两端点的频率；S208.在原位测量站位，利用温盐深仪CTD、声速剖面仪SVP同步测量海水的声速，温度及深度三个参数，根据此三个参数，计算出海水的声速剖面；所述反演声速值校正的步骤，包括：S301.利用u层分层结构，其中第一层厚度与原位测量长度3m一致，结合Goupillaud等传输时间厚度分层模型，该模型下的冲激响应序列ht为 （7）其中ri表示相邻两层间的反射系数，略去层间多次反射，冲激响应简化为： ，则各层界面的反射系数为： （8）大掠射角近垂直的海底回波信号Rt为水体中的直达波st和分层海底介质的冲激响应序列ht的卷积： （9）由直达波st和反射回波Rt利用改进的共扼梯度法抽取冲激响应序列ht，从而推算得到介质中各层间的反射系数ri，己知海底表面上方水体的声阻抗，逐层递推得到海底各层的声阻抗剖面；最后，利用声速和密度关系公式从反演得到的声阻抗剖面分离出沉积物每层的声速值，并给出反演误差和上下限，其中声速值为低频等价声速值，频率范围是30Hz-20kHz；S302.将反演得到的低频声速值中第一层1kHz-20kHz的G个频点的反演声速值与原位测量声速1kHz-20kHz频点的声速值进行对比： （10） （11）这里是低频反演校正因子，将G个频点的反演值与原位测量值进行对比，得到G个频点的低频反演校正因子，将G个频点频率与低频反演校正因子进行拟合，得到低频反演校正因子函数=Q（f），低频反演校正因子函数的频率范围是1kHz-20kHz；S303.利用频率延拓，将低频反演校正因子函数=Q（f）的频率范围延拓到低频30Hz，得到30Hz-20kHz的低频反演校正因子；S304.利用低频反演校正因子，将第一层反演的30Hz-20kHz声速值校正到原位测量值，同时给出校正值的误差上限及误差下限；所述构建浅表层沉积物精细化宽频分层声速结构的步骤，包括：S401.对于第一层3m内的沉积物，根据原位测量1kHz-100kHz的声速测量值，结合第一层反演校正后的30Hz-20kHz声速值，根据频率和声速值投点，构建一条频率与声速值的频散关系曲线Y1（f），这条曲线是第一层3m内沉积物的声速结构曲线，频率范围是30Hz-100kHz；S402.结合步骤S3，获取除了第一层外的每一层沉积物在30Hz-20kHz频率范围内的反演声速值，并给出误差上限和下限，利用低频反演校正因子函数=Q（f），将反演得到的每一层的30Hz-20kHz的声速值校正到原位声速值，从而得到除了第一层外每一层的30Hz-20kHz的声速随频率的频散关系曲线Yj（f），j=u-1；S403.根据获取的温度，声速，深度数据，绘制海水随水深变化的声速剖面曲线；S404.将海水声速剖面曲线和海底沉积物声速分层结构画在一个结构示意图中，最上层是海水的声速剖面曲线，海水层下面是沉积物，然后沉积物分为u层结构，第一层是步骤S401构建的频散曲线函数Y1（f），从二层开始是步骤S402得到的每一层沉积物30Hz-20kHz频率范围内的声速随频率的频散关系曲线Yj（f）；综合以上得到浅表层海底沉积物的宽频分层声速结构，其中，第一层宽频是30Hz-100kHz，除了第一层外每一层的宽频是30Hz-20kHz。

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