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海底反射損失的高分辨率估計方法

在海洋聲學(xué)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(shù)（如聲速、密度、吸收系數(shù)等）。海底反射損失與聲波頻率和掠射角有關(guān)，近年來出現(xiàn)了多種估計方法，其中一種簡單的被動方法是對環(huán)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?。?］。該方法的一個主要優(yōu)點(diǎn)是能夠直接得到反射損失，不需要任何反演機(jī)制。但有一個明顯的缺點(diǎn)，當(dāng)垂直接收陣較短時，由于角度分辨率不足，結(jié)果誤差較大。

為了提高角度分辨率，科學(xué)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(shù)域利用環(huán)境噪聲垂直相關(guān)函數(shù)計算海底的反射系數(shù)，其本質(zhì)等價于文獻(xiàn)［1］中的波束形成方法。但是，該方法在實(shí)現(xiàn)過程中利用了環(huán)境噪聲相關(guān)函數(shù)的共軛對稱性，即對于一個實(shí)際孔徑為L的垂直陣，可以求得［-L，L］范圍內(nèi)的相關(guān)函數(shù)，相當(dāng)于將陣的長度或陣元數(shù)目增加了一倍，進(jìn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中均得到了驗(yàn)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(jié)果角度分辨率相當(dāng)。

（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.）