(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111634646.1 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七一五研 究所 地址 310023 浙江省杭州市西湖区留下街 道屏峰715号 (72)发明人 佟昊阳　赵涵　陈毅　 (74)专利代理 机构 杭州赛科专利代理事务所 (普通合伙) 33230 专利代理师 杨梦婧 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01B 15/02(2006.01) G06F 17/10(2006.01) (54)发明名称 基于波群分析的水底沉积层多层介质声学 反射时域响应解析解计算方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于波群分析的水底沉 积层多层介质 声学反射时域响应解析解计算方 法， 本发明涉及水声技术领域， 包括对多层介质 按顺序依次编号、 确定各层介质的阻抗、 声速和 厚度、 将一声源放入某一层介质中， 声源在介质 中多次反射、 透射后分解为透射波群和反射波 群、 对波群进行编号、 获得该声源在该层介质中 的反射波群表达式、 获得多层介质剖面声学模 型、 计算每一层介质的波群时域响应； 最终得到 多层介质的声学反射时域响应的解析解。 本发明 解决了多层介质反射时域响应缺少解析解的难 题， 仅占用极少的计算资源就可以得到十层以上 三次反射的声波时域响应， 更契合声波在多层介 质中反射的实际情况。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 114444268 A 2022.05.06 CN 114444268 A 1.一种基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射时域响应解析解计算方法， 其特 征在于， 包括如下： 步骤1、 对水底沉积层多层 介质的每一层 介质按顺序依次编号； 步骤2、 确定每一层 介质的阻抗和声速； 步骤3、 确定每一层 介质的厚度； 步骤4、 将一模拟声源放入某一层介质中， 模拟声源在介质中多次反射、 透射后分解为 透射波群和反射波群； 步骤5、 对每一层 介质的波群进行编号； 步骤6、 获得 该模拟声源在该层 介质中的反射波群表达式； 步骤7、 根据反射波群表达式结合介质层数、 模拟声源所在的介质层、 以及每层介质的 阻抗、 声速和厚度， 获得多层 介质剖面声学模型； 步骤8、 通过多层 介质剖面声学模型计算每一层 介质的波群时域响应； 步骤9、 最终得到多层 介质的声学反射时域响应的解析解。 2.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特征在于， 所述步骤1中， 对每一层介质的编号遵循从小到大、 从上到下的规则 进行。 3.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特 征在于， 所述 步骤3中， 设定最上层 介质与最下层 介质的厚度为 正无穷。 4.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特征在于， 所述步骤5中， 对每一层介质的波群按照方向、 来源和触碰次数进 行 编号， 与频率、 时间变量无关。 5.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特征在于， 所述步骤5中， 不同编号的波群， 到达接收器的时间与波群编号的大 小无关。 6.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特征在于， 所述步骤5中， 当波群的编号趋近于无穷大时， 可以将其中所有的声 波幅值视为0 。 7.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特征在于， 所述步骤7中， 需要将模拟声源逐次上移至最上层介质， 最 终得到多 层介质剖面声 学模型； 当模拟声源移动至其他层介质时， 声波方向和编号 发生变化， 同时结 合相应介质层的阻抗， 获得该层介质下反射波群的表达式， 最终获得模拟声源在该层介质 中的多层 介质剖面声学模型， 并归一 化。 8.如权利要求1所述的基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射 时域响应解析解 计算方法， 其特征在于， 所述步骤8中， 计算波群时域响应时， 模拟声源的位置处于最下一层 介质内部， 而非外 部。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114444268 A 2基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射时域响应解 析 解计算方法 技术领域 [0001]本发明涉及水声技术领域， 具体涉及一种基于波群分析的水底沉积层多层介质声 学反射时域响应解析解计算方法。 背景技术 [0002]当前由于我国对海洋资源开发的逐渐深入， 海底测绘、 水下通信、 海洋环境监测、 水下预警体系建立等领域的研究得到了 国家的重视， 对我国经济建设、 国防实力提升有着 重要意义。 声波作为 目前为止最适合进行水下信息传输的载体， 其在水下环境中的传播机 理是海洋资源开发相关研究中极为重要的研究内容。 [0003]目前， 对于声波在海洋中远距离传播模型的研究一般都是基于稳态条件下的声波 导管理论。 此类模型的应用前提是当声源稳定工作一段时间后， 水下声场区域稳定时， 对水 下声场的空间分布进 行频域分析， 最 终总结归纳出不同频率声波的传播规律得到水下声传 播的频域响应。 然而在声 学的实际工程应用中， 使用的声波信号形式几乎都是脉冲信号。 随 着对海洋资源开发的深入， 仅靠水下环境的声学频域响应已无法有效的指导工程实践， 因 此需要对水下环境的声学时域响应进 行研究。 其中对水底沉积层多层介质声 学反射时域响 应的研究是 水下环境的声学时域响应 研究中的一个重要的研究内容。 [0004]声学反射现象的原理本身并不复杂， 当声波接触到不同特性阻抗介质的分界面 时， 受到声传播连续性的限制， 会发生反射、 透射现象， 即入射波会在介质分界面处被分解 为反射波和透射波。 然而当声波在多个介质分界面中往复移动时， 每碰到一次介质分界面 都会产生新的反射波和透射波， 新产生的声波经过二次反射、 透射又会产生更多的声波， 这 使得多层 介质的反射波组成极为复杂。 [0005]目前国内外关于多层介质的时域响应 理论数据， 大多是在声波的反射原理基础上 通过模拟得到的。 由于声波的数量 随介质层数和反射次数成指数型增加， 大部分声波的理 论值只能到达三层介质的两到三次反射的水平， 与声波在多层介质中反射的实际情况有着 较大的差别。 [0006]基于此， 做出本申请。 发明内容 [0007]为了解决现有技术中存在的上述缺陷， 本发明提供了一种基于波群分析的水底沉 积层多层 介质声学反射时域响应解析解计算方法。 [0008]为了实现上述目的， 本发明采取的技 术方案如下： [0009]一种基于波群分析的水底沉积层多层介质声学反射时域响应解析解计算方法， 包 括如下： [0010]步骤1、 对水底沉积层多层 介质的每一层 介质按顺序依次编号； [0011]步骤2、 确定每一层 介质的阻抗和声速；说　明　书 1/6 页 3 CN 114444268 A 3