海底反射損失的高分辨率估計方法

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海底反射損失的高分辨率估計方法

在海洋聲學中，海底反射損失是一個重要的物理量，不僅可以用于傳播損失的計算，也可以用來反演海底參數（如聲速、密度、吸收系數等）。海底反射損失與聲波頻率和掠射角有關，近年來出現了多種估計方法，其中一種簡單的被動方法是對環境噪聲做垂直波束形成，來自海底與來自海面的噪聲比例能夠反映出海底反射損失的大小［1］。該方法的一個主要優點是能夠直接得到反射損失，不需要任何反演機制。但有一個明顯的缺點，當垂直接收陣較短時，由于角度分辨率不足，結果誤差較大。

為了提高角度分辨率，科學家們最近提出了一種估計海底反射損失的新方法［2-3］。該方法在頻率-波數域利用環境噪聲垂直相關函數計算海底的反射系數，其本質等價于文獻［1］中的波束形成方法。但是，該方法在實現過程中利用了環境噪聲相關函數的共軛對稱性，即對于一個實際孔徑為L的垂直陣，可以求得［-L，L］范圍內的相關函數，相當于將陣的長度或陣元數目增加了一倍，進而提高了海底反射損失估計的角度分辨率。該方法在仿真和實驗數據中均得到了驗證，使用16陣元估計海底反射損失與波束形成方法使用32陣元得到的結果角度分辨率相當。

（秦繼興編譯自 ［1］HARRISON C H，SIMONS D G.Geoacoustic inversion of ambient noise：A simple method［J］.J.Acoust.Soc.Am.，2002，112（4）：1377—1389.［2］SIDERIUS M，MUZI L，HARRISON C H，et al.Synthetic array processing of ocean ambient noise for higher resolution seabed bottom loss estimation［J］.J.Acoust. Soc.Am.，2013，133（3）：EL149—EL155.［3］MUZI L，SIDERIUS M，QUIJANO J E，et al. High-resolution bottom-loss estimation using the ambient-noise vertical coherence function［J］.J. Acoust.Soc.Am.，2015，137（1）：481—491.）