中文摘要：

采用射线理论进行浅海噪声矢量场建模，可以实现水平分层及与距离有关波导中噪声矢量场相干特性分析及噪声场相干特性与海洋环境参数之间存在的内在规律研究，这样为应用矢量水听器测量环境噪声反演海底声学参数提供了一种新方法，同时所建立的噪声模型将更加逼近实际情况。项目在噪声矢量场相干特性分析的基础上，拟采用粒子群优化算法，应用单矢量水听器接收噪声协方差矩阵和矢量水听器线阵接收噪声的空间相干特性对海底声学参数进行反演，并计划对协方差矩阵的反演技术进行实验研究。这种反演方法具有声压阵海底参数反演所无法比拟的优势，对海底参数反演研究具有重大的学术影响，对海底声学参数的快速获取具有较好的应用前景。

结论摘要：

项目完成了水平分层介质表面噪声矢量场空间相关特性理论建模和相关特性数值分析；进行了两次海上实验，开展了基于单矢量水听器接收噪声协方差矩阵和空间相关系数的海底参数反演研究；考虑到实际海底的三维特性，建立了倾斜海底波导中表面噪声矢量场空间相关特性理论模型。 项目首先研究了理想波导中表面噪声场模型。依据射线理论，推导了表面噪声矢量场空间相关特性数学表达式。作为一个数值算例，获得了三维单矢量水听器接收噪声的协方差矩阵和均匀直线阵接收噪声的空间相关系数。为了验证所建立模型的正确性，项目应用简正波理论再次建立了水平分层介质噪声矢量场空间相关特性模型。在简正波模型中，相关函数是用简正波之和来表示的。通过简正波的数值计算，获得了与射线模型一致的噪声协方差矩阵和空间相关系数，验证了两种模型的正确性。 依据水平分层介质表面噪声场射线模型，项目分析了海底声学参数与空间相关特性之间的关系。仿真结果表明，声压与垂直方向质点振速分量的互相关系数对海底参数是敏感的，特别是海底纵波波速及其吸收系数尤为敏感，这说明环境噪声矢量场适用于海底参数的反演。在此基础上，基于海底参数反演代价函数。敏感性分析表明，文中所构造的代价函数对海底纵波波速与密度是敏感，而对横波波度、纵波与横波的吸收系数不太敏感。 为了分析三维海洋波导中的表面噪声场，项目建立了倾斜海底波导表面噪声场模型。考虑到实际海底倾斜角度的大小，声压场和质点振速场采用了绝热简正波求解。通常情况下，质点振速场的计算可通过尤拉公式获得，但对于与距离有关波导中噪声矢量场空间相关特性的分析则不太适用，这是三维环境噪声矢量场建模的关键。利用适当的数学关系，项目得到了三维环境表面噪声矢量场空间相关函数。由于该模型所描述的噪声场更加逼近实际海洋环境噪声，其结果更加可信。 在噪声场及海底参数反演理论建模的基础上，项目先后开展了两次海上实验。第一次实验中利用三套浮标进行环境噪声的观测。第二次实验中采用船舷布放的由两只矢量水听器组成的水平阵进行观测。通过数据处理，获得了环境噪声的水平与垂直空间相关系数以及单矢量水听器接收噪声的协方差矩阵。结合实验数据，开展了海底参数反演方法的实验研究。然而由于实际噪声场并非标准的表面噪声场，应用协方差矩阵还难以获得稳定可靠的海底参数。