Seabed characterization with a small towed array - simulation of system design facors

Denne rapport studerer designfaktorer for et lite aktivert tauet-antenne system for bruk til havbunnskarakterisering. Med havbunnskarakterisering menes her estimering av geofysiske og geoakustiske parametere i de øvre 1-5 metere av havbunnen, herunder lagdeling og profiler for lydhastighet, tetthet og lydbølgedempning. Dette er relevant for å forstå og forutsi havbunnens innvirkning på akustisk transmisjon samt for å prediktere aktive sonaroperasjoner i grunne farvann. Informasjonen kan benyttes i Rapid Environmental Assessment målekampanjer. Rapporten tar utgangspunkt i et modellert system bestående av en aktiv kilde og en kort tauet antenne. Effekten av systemdesignfaktorer som antennelengde (16–48 m), antall hydrofoner (3- 33), avstand over havbunnen (10–20 m) og kildefrekvens (0.5–4 kHz) på informasjonsinnholdet i data blir studert. I prosesseringen benyttes miljøtilpasset signalbehandling og en Bayesisk inversjonsmetode basert på Markov-kjede Monte Carlo sampling. Metoden muliggjør kvantifisert sammenligning av effekten av ulike designfaktorer på informasjonsinnholdet i data. Basert på simuleringene, her for en typisk Kontinentalsokkel type havbunn, finner vi at en viktig designfaktor er avstanden mellom den akustiske kilden og antennen. Denne bør være 30–60 m, målt til nærmeste antenneelement, imidlertid vil ikke kortere avstander nødvendigvis forhindre meningsfullt informasjonsinnhold. Informasjonsinnholdet avtar med redusert antennelengde og med redusert antall antenneelementer, med 32 m lengde og 33 elementer som praktiske nedre grenser for informative data. Effekten av kildens frekvensinnhold blir også studert. Det vises at god oppløsning av relevante havbunnsparametere kan oppnås med et godt designet system. Resultatene og metoden kan videre benyttes i en detaljert studie av, for eksempel, et system for en autonom undervannsfarkost. Inversjonsmetoden kan tilpasses for anvendelse på måledata.