基于声学散射与多层感知器网络的沉积物地质声学参数反演方法

《IEEE Journal of Oceanic Engineering》：Inversion of Sediment Parameters Using Backscattering Data Based on the Multilayer Perceptron

　　

摘要：

水下声学传播受海水中不同介质间物理性质变化的强烈影响，其中海底介质的作用尤为关键。因此，海底沉积物的地质声学参数对水下声学和海洋工程至关重要。然而，原位测量成本高且复杂，使得准确获取这些参数变得困难，尤其是对于大规模海底测绘而言。为应对这些挑战，本研究提出了一种从声学散射中准确反演沉积物地质声学参数的方法。首先，基于近似流体密度模型建立了沉积物界面的声学散射正演模型，建立了沉积物参数与声学散射强度之间的物理关系。该模型为后续的沉积物参数反演奠定了基础。为解决多维反演问题，采用多层感知器网络从散射强度构建了反演模型。使用均方误差评估反演方法的性能。最大反演误差在1.184 dB以内，证实了所提方法在研究沉积物参数方面的有效性。此外，使用从千岛湖（中国浙江省淳安县）获取的一组声呐数据计算湖底散射强度并进行地质声学参数反演测试。与原位测量结果的对比证实，利用从湖数据获得的散射强度，该方法成功反演了大规模海底的沉积物参数，具有成本低、可靠且精度足以满足实际工程应用需求的特点。