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浅海混响是浅海主动声纳系统的主要干扰之一,同时也包含了大量的海洋环境信息。从混响数据中提取海底参数、水文参数等海洋环境参数是极有挑战性、而且很有意义的课题。该文介绍从混响数据中提取海底反向散射矩阵的情况,并且研究海底反向散射矩阵的性质。
根据描述海底散射情况的函数可以将浅海混响模型分成两类,一类是经验散射函数混响模型,另一类是波动散射混响模型。该文将采用一种常见的波动散射混响模型,Born近似混响模型,来进行进一步的工作。在这Born近似混响理论基础之上,给出反向散射矩阵的定义,并且给出粗糙界面反向散射矩阵和海底介质体积不均匀性反向散射矩阵的具体表达式。
海底反向散射矩阵是描述混响过程中入射简正波与散射简正波之间耦合关系的重要参量。该文从矩阵的可分离性近似,模空间特性两个不同角度,对海底反向散射矩阵进行理论与数值分析。研究结果表明:粗糙界面海底反向散射矩阵是准可分离的,而海底介质体积不均匀性反向散射矩阵是不可分离的;在模空间,随着距离的增大,有效反向散射矩阵中与高阶简正波对应的矩阵元素对混响的相对贡献越来越小。
曾经有一些工作试图从混响数据里反演出海底反向散射矩阵,而且这些反演工作往往是建立在经验公式(如Lambert散射定律)或假设反向散射矩阵是可分离的基础之上的。但是有很多情况海底反向散射矩阵和Lambert散射定律并不符合,反向散射矩阵也不是可分离的。该文在两种可分离海底反向散射矩阵反演方法的基础之上,给出了两种没有任何海底散射先验知识的情况下,利用混响数据反演出浅海海底反向散射矩阵的不可分离反演方法,并且进行了数值计算。同时讨论了噪声对海底反向散射矩阵反演的影响。
最后利用南海混响实验数据对该文提出的海底反向散射矩阵反演方法进行验证。首先对混响数据进行简正波过滤,然后利用可分离反演与不可分离反演方法分别对海底反向散射矩阵进行反演。结果发现利用混响数据可以很好地反演出可分离的反向散射矩阵与不可分离的反向散射矩阵,其中可分离的反向散射矩阵的反演则相对容易。