研究海底沉积物，特别是海底以下数米至数十米范围内的浅表层沉积物的声学特性，在 海洋和地球科学研究和海洋工程建设等各个方面都具有重要意义。海底声学特性是决定海洋 声学环境的基本因素之一，它对水中声波的传播损失、声场空间结构和波形变化都起着关 键作用.另一方面，通过海底沉积物声学特性进而了解沉积物的物理力学性质，分析沉积物 性质和沉积地层结构，可为海洋和地球科学等各学科研究和海底工程环境条件评价等工程应 用提供基础资料， 本文主要是想研究一些反演方法，利用chirp声纳探测海底沉积层所获得的回波信号， 进行阻抗反演、衰减估计等分析，结合区域沉积物的物理力学性质对沉积物进行分类识别， 建立海底沉积的声学模型。 论文首先介绍了chirp子波的构建，着重描述了脉冲压缩技术和脉冲谱的选择。脉冲压 缩技术在时间域的处理就是互相关处理，在频率域相应地为匹配滤波处理，它使chirp子波 具有很高的时间和空间分辨率，提高了信噪比。同时，选取具有低相关旁瓣的四项 Blackman-Harris窗函数作为chirp的脉冲谱，由于Blackman-Harris窗是高斯形的，它可以 使子波相关旁瓣水平在-92dB以下，可以压制相关噪音，并使波形经过一定深度内衰减介 质的传播后仍近似保持不变。 沉积物的声学性质中与沉积物物理性质最相关的主要是阻抗和衰减。本文提出了一种在 时间域进行的、可以实时完成地海底沉积声阻抗反演的方法，称为加权最小平方拟合法。该 方法主要利刚chirp子波是已知的特点，根据冋波信号包络峰值的信息，先判断出一个反射 层的大致位置，然后根据包络宽度和子波宽度比较的结果，选择加权因子进行最小平方拟合， 选取误差最小的反射层位置和幅度，接下来将它对回波信号的作用除去，得到剩余信号后再 进行迭代判断，直到剩余信号包络峰值低于限值。这种阻抗反演方法可以准确地确定阻抗界 面的位置，得到的幅度估计值误差较小，在含噪的情况下也可以得到比较好的结果。而且， 这个方法比较简便，计算量小，可以实时完成。 本文还提出了两个估计海洋沉积衰减的方法。第一个方法是结合阻抗反演得到的结果提 山的，它也可以在时间域实时完成，称为最小平方拟合法。在使用这种方法之前，要根据发 射chirp子波的信息，得到一组衰减修正值的特征曲线并记录下来，将冋波信号与这些特征 曲线进行最小平方拟合，得到衰减修正的估计值，根据海洋沉积层层厚计算出各层的衰减系 数。这种方法理论简单，计算方便，而且可以和阻抗反演结合起来构成一个系统，用模型验 证的结果非常好。本文还提出了另一种衰减估计的方法，可以用单一参数——驰豫时间，来 描述海洋沉积中的衰减机制。首先，根据采集的离散衰减数据，建立一个驰豫时间模型，得 到驰豫时间和沉积平均颗粒直径的关系。再根据子波的信息，并假定子波在沉积中传播时中 心频率移动和旅行距离之间为线性关系，得到每米中心频率移动和驰豫时间得关系。最后对 回波信号估计瞬时频率，并对瞬时频率和传播距离进行线性回归拟合，得到瞬时频率的每米 移动值，根据已有的关系可以得到相应的驰豫时间值，然后就可以获得海底沉积的衰减估计 值，同时，根据平均颗粒直径也可以粗定海底沉积表面的类型。 最后，通过分析给定沉积区域的实测数据，找出海洋沉积物理属性和声阻抗或衰减的关 系，本文提出了一个根据反演的阻抗和衰减预测沉积岩土力学性质的模型。 关键词：沉积物、阻抗、衰减、驰豫时间、瞬时频率