由矢量水听器阵反演海底地声参数

矢量水听器能同时测量声压和质点振速信号,为了对这些信息在海底地声参数反演中加以充分利用,根据声传播理论研究了不同号简正波对声矢量场的影响,并在此基础上提出了一种将声压和质点振速相联合的地声反演方法.理论与实验研究表明,对声压和质点水平振速而言,低号简正波往往占主要贡献,而对于质点垂直振速,高号简正波的贡献更大.海底地声参数反演的数值仿真与实验结果表明,基于矢量水听器阵的地声反演方法可以有效降低海底声学参数反演的不确定性.这为矢量水听器应用于海洋环境监测提供了一种新方法.     

利用渔船噪声矢量场对地声参数的估计

针对航船噪声实现海底声学参数稳健反演及不确定性分析的问题,研究了联合声压场和矢量场进行可靠地声参数反演的可行性。采用匹配场反演算法对单矢量水听器采集的航船噪声数据进行处理,给出了地声参数的估计值和后验概率分布。理论分析和数值仿真表明:垂直质点振速分量比单独使用声压场能提供更丰富的声信号传输特性;联合声压场和垂直质点振速分量的反演结果比单独处理声压场或垂直质点振速分量具有更高的稳健性和准确性。     

快速场(FFP)算法反演海底参数研究

针对弹性海底条件下的声传播问题和海底参数反演问题,在Pekeris海洋声场模型的基础上推导了基于快速场(FFP)理论的两层弹性海底声场计算公式,讨论了其传播规律并利用KrakenC进行了验证.其次结合水池条件,采用能够模拟弹性海底海洋环境的声场测量平台进行缩比实验.反演中,采用了实际测得的传播损失与FFP理论计算值相等的代价函数,讨论了其对各海底参数的敏感度,并选用遗传算法对该代价函数进行寻优计算.反演得到的声传播损失与实验中实际测量结果吻合较好,表明所建立的理论模型符合实际声场环境.     

应用表面噪声矢量场空间相关特性反演海底参数

为了实现对海底快速而准确的遥测,提出一种根据表面噪声矢量场空间相关函数进行海底参数反演的方法.与传统的基于声传播模型的匹配场反演方法相比,所提方法可利用的信息更加丰富,而且水下系统配置简单,无需声源,隐蔽性好,具有一定的军事应用前景.参数优化过程中,采用一种基于差分进化算法和粒子群算法的两级混合优化算法.通过反演结果与仿真真值的比较可以看出,混合优化算法得到了较满意的反演结果,特别是同时考虑不同的声压和质点振速组合方式时,而且与单一的优化算法相比,估计精度总体上得到了显著提高.     

对快速场(FFP)算法反演海底参数的研究

针对弹性海底条件下的声传播问题和海底参数反演问题,在 Pekeris 海洋声场模型的基础上推导了基于快速场（FFP）理论的两层弹性海底声场计算公式,讨论了其传播规律并利用 KrakenC 进行了验证。其次结合水池条件,采用能够模拟弹性海底海洋环境的声场测量平台进行缩比实验。反演中,采用了实际测得的传播损失与FFP 理论计算值相等的代价函数,讨论了其对各海底参数的敏感度,并选用遗传算法对该代价函数进行寻优计算。反演得到的声传播损失与实验中实际测量结果吻合较好,表明所建立的理论模型符合实际声场环境。     

基于地声模型的浅海混响地声反演研究

利用浅海混响数据反演海底参数和海底散射常数.混响形成过程中声波多次与海底发生相互作用,因此海底参数之间以及它们与海底散射常数之间的耦合非常严重,未知参数之间的耦合使得常规地声反演方法很难获得海底参数.文中首先利用相对混响强度消除了混响数据中的海底散射常数项,然后利用Hamilton地声模型,分别将海底声速、密度和衰减系数表示成孔隙率的函数,采用自适应下山模拟退火混合反演算法,对单个未知数(孔隙率)进行反演,最后再分别获得海底参数和海底反向散射常数.理论分析和数值模拟表明,该方法可以快速准确获得海底参数,同时具有很好的抗噪声干扰能力.     

基于最大熵原理的贝叶斯不确定性反分析方法

针对基于确定性数值模型的各种常规反分析方法未能综合考虑各种不确定性因素影响，因而难以
有效模拟复杂工程系统的不确定性特性这一不足，对工程结构系统中的不确定性反分析方法问题进行了
研究.从不确定性分析角度，把工程结构看作为不确定性系统，提出基于最大熵原理的贝叶斯不确定性反
分析方法，将信息熵理论与贝叶斯法有机结合，使不确定性反分析的系统辨识问题转换为对贝叶斯准则
函数的最优化求解问题，并通过适当的优化求解方法，实现对工程结构参数或荷载项源的反演分析.对坝
体和坝基材料参数的实例计算结果表明，该方法反演结果正确，精度高于目前常用的确定性反分析方法.     

由传播时间反演海水中的声速剖面

海水中的声速剖面对声传播有比较重要的影响.利用海上实验的实际数据由声信号的传播时间反演海水中的声速剖面.用经验正交函数表示声速剖面,根据选取的代价函数应用遗传算法搜索最优解.为了提高反演算法的性能,快速反演获得海水中的声速剖面,在射线声学理论下,对传播时间的计算方法进行了改进,有效降低了算法的计算量.利用海上实验的实际数据反演获得的声速剖面与实验时直接测量获得的声速剖面相比较,误差小于2‰.反演结果与实测结果基本相符.     

全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展，以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系，按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳，探讨了未来发展方向。研究表明：测距定位模型无需现场声速剖面测量，但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题；海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响，为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型；海底局域网阵列存在类似共模环境误差，具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。     

单水听器浅海匹配场定位研究

声波在水中是一种良好的信息载体,在海洋的开发和军事领域应用十分广阔。利用声波的特性,可以进行水下探测、定位、反演,以及导航等用途。本文研究了利用单个水听器的匹配定位问题和利用匹配场进行海底参数的反演方法,使用计算机模拟仿真理想状况下的声场,通过匹配场获得声源位置。仿真结果显示通过匹配场定位和海底参数反演是可行的。     

基于DDA方法的不利地质结构对弹性纵波传播规律的影响研究

基于黏性边界理论,在DDA程序中实现了适用于底部输入地震波的人工边界条件,并通过算例验证了其合理性。采用改进的DDA方法研究了节理的刚度和间距、软弱夹层的厚度和波阻抗对弹性纵波传播规律的影响。计算结果表明:节理面透射系数的理论解与DDA数值解差别较小;随着法向刚度的降低,节理对弹性纵波的衰减作用增大;节理间距存在门槛值和临界值,在不同的取值范围,对弹性纵波的衰减规律不同;弹性纵波在分界面上的透射系数的理论解和DDA数值解基本一致;软弱夹层厚度影响多重透射波的干涉效应,厚度越小,干涉效应越强;随着软弱夹层与周围岩石的波阻抗比值的降低,软弱夹层对地震波的衰减作用越来越明显。     

横波预测技术在延川南地区储层预测中的应用

在延川南地区,通过开展测井横波模拟研究,获得测井的横波速度;采用叠前弹性参数反演技术计算纵、横波阻抗;利用砂泥岩在纵横波阻抗交汇图上的差异进行石盒子组砂岩储层预测,利用煤层与围岩在密度和阻抗方面的差异预测煤层的分布空间。通过横波资料可以有效地获得其它弹性参数,提高叠前反演的可靠性,降低叠后储层预测的多解性,提高储层预测精度。     

岩质边坡结构面强度参数反演方法

基于随机理论和反演理论给出了一种确定结构面强度参数的方法。通过实测数据的离散性分析和统计分析,确定先验概率分布函数;生成符合先验概率分布函数的参数样本,以天然边坡在已有地震、暴雨条件下的安全系数为反演目标函数,通过边坡稳定反演分析,生成目标参数样本,确定目标参数的后验概率函数。该方法能够避免反演分析过程中调整任一结构面强度参数达到目标安全系数的缺点,为工程治理提供有力的参考。     

叠前同步反演在建南地区含气预测中的应用

通过对岩石物理分析,建立弹性参数与储层物性参数之间的关系,得出研究区储层的最敏感弹性参数。利用叠前同步反演获得敏感弹性参数反演结果并进行反演属性分析,从纵波阻抗与纵横波速度比的交会图中得到储层指示因子,结合工区内的地质资料和储层指示因子属性来预测储层含气分布范围,结果与验证井实钻结果吻合。     

基于D-InSAR技术的同震位移场反演及验证

差分干涉合成孔径雷达(differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR)技术在获取地震同震位移场中具有极大的潜力,但由于地震产生的同震位移场区域通常较大,难以获得地表对应区域的测量数据(如GPS、水准测量等测量数据)进行验证,使得对D-InSAR获取的同震位移信息进行精度检验比较困难.以2016年中国台湾省高雄市发生的6.7级地震为例,采用Sentinel-1 A升降轨数据,使用D-InSAR技术反演该区域的地震同震位移场信息,并采用典型特征点的升降轨数据的相关性、基于弹性半空间模型(Okada)反演的断层几何参数辅助验证D-InSAR反演结果的有效性.结果表明:升降轨反演结果的相关性较高,D-InSAR反演结果带入Okada模型模拟的位移场信息与以往研究结果基本一致;D-InSAR反演结果中,地震区最大抬升和沉降量分别为17.2 cm和15.6 cm,升降轨典型特征点形变量线性拟合的R2为0.9784,Okada反演的参数显示地震位于旗山断层和潮州断层的断裂带上,震源深度为14.59 km,发震机制为走滑逆冲断层.     

基于基追踪的位场数据稀疏反演

传统的重磁反演方法大多是基于观测数据和模型参数约束的L_2范数极小化,利用共轭梯度(Conjugate Gradient, CG)进行物性反演,得到的是分辨率较低的非稀疏解。考虑到大多数地质的情况下,物性分布本身具有稀疏性,本文用压缩感知(Compressed Sensing, CS)技术代替传统的反演方法,提出了基于基追踪的位场数据稀疏反演方法。在反演过程中加入物性上下界约束构建目标函数,然后转化为优化问题,用对数障碍规划算法进行求解。二维模拟数据和真实数据实验表明,本次研究提出的基于对数障碍规划(Logarithmic Barrier Planning, LBP)算法的基追踪反演方法可以获得分辨率高、具有尖锐边界的反演结果,在实际应用中能够取得较好的结果。     

基于孔隙介质BISQ模型的震电慢纵波传播特性

目前的Pride震电理论不能准确地预测震电波的耦合特性和频散特性。为了更合理地反应震电耦合波波场的特征,本文基于包含Biot流动和喷射流动两种机制的BISQ模型,结合毛管模型中渗流场和电流场耦合理论,对Pride震电耦合理论进行了修正,进而对震电耦合波的传播特性进行了定量模拟。分析结果表明:特征喷射流长度对震电横波无影响;BISQ模型预测的震电快纵波传播速度比Pride理论预测的传播速度慢,BISQ模型的震电慢纵波衰减更显著,这表明BISQ模型比Pride震电理论更有效地预测了震电耦合波的衰减和频散。随着特征喷射流长度的增大,震电慢纵波的低频极限相速度减小,但不趋于零,这与Pride理论预测的不同。在低频区,BISQ模型预测的震电耦合波电场强度与固相速度之比的模值对特征喷射流长度非常敏感。     

浅海地声参数宽带匹配场反演的实验研究

根据不同浅海环境参数在不同的频段对匹配场功率具有不同贡献的特点,提出了宽带匹配场反演的多步优化策略,并与直接全参数反演进行了实测数据的性能对出。采用多步反演策略对亚洲海实验(ASIAEX2001)数据进行处理,按照不同海区水条件的差异,分别进行了水平不变和水平变化的环境参数反演,得到了东中国海3个局部海域的地声参数。     

基于随机场-贝叶斯的滑面抗剪强度参数反演

为了合理地表征滑面的抗剪强度参数,针对参数的空间变异性与不确定性问题,以三峡库区白水河滑坡为例,基于随机场、自适应条件抽样与可靠度贝叶斯更新方法,建立滑面抗剪强度参数的反演框架. 采用新的全局敏感性方法PAWN,研究不同位置条块滑面抗剪强度参数对稳定性的贡献度. 基于滑面抗剪强度参数随机场模型的反演结果,开展库水位下降工况下非侵入式随机有限元滑坡渗流变形的模拟,分析更新前、后滑面抗剪强度参数的变化特征及空间变异性对滑坡变形的影响. 结果表明：敏感度大的区域分布在滑坡前缘和后缘道路附近;反演后平稳随机场变为非平稳状态,滑坡前、后缘的位移变异性分别增大和减小.     

复杂工程地质体地应力场智能反演

地应力是地质构造和自重共同作用在地质体内形成的原始应力,是影响工程稳定性和灾变失稳的重要因素.由于受漫长的地质构造作用和地质演化,地应力场随时间和空间变化,由此使准确反演地应力场造成困难.以金川矿区为工程背景,借助地应力测量结果,开展工程地质体的地应力场反演研究.首先,建立矿区工程地质体三维数值模型,并采用正交数值分析和遗传规划算法,建立地应力与岩体参数和侧压系数的函数关系;然后,根据实测的地应力值与计算的地应力值之差平方和最小为优化目标,建立工程地质体的地应力场反演优化模型.采用遗传算法求解,获得矿区岩体参数和侧压系数;最后,将其代入数值模型进行正分析由此获得初始地应力场.通过4个测点地应力测量值与反演值对比分析可知,反演地应力的最大误差为16%,最小误差仅为0.62%.研究结果表明,地应力智能反演方法可用于复杂工程地质体的地应力场反演,且获得的地应力场满足地质工程分析所需要的精度.