本研究主要為匹配場地聲反算技術之應用，實驗乃為2011年5月12日進行於行西子灣海洋實驗場水深20m之海域。由聲源發射兩種不同的信號，並利用垂直線陣列作為接收端，陣列中包含了6組水聽器，共涵蓋約4m之水深。資料處理方面，使用匹配場反算處理以搜尋未知的海洋環境參數，乃建立於基因演算法，使得整體搜尋的過程能有效的提升。對於建立研究區域之環境模式架構，使用資料為寬頻訊號(線性調頻訊號，中心頻率350Hz，頻寬100Hz)來進行參數之反算。環境參數包含了幾何參數以及地聲參數。將反算出之環境參數代入其他連續時間資料中，聲源定位應證了反算參數一定的準確性，並藉由模擬方式，分析西子灣海洋實驗場進行聲源定位所需考慮之海洋環境及人為(儀器)因素。其結果顯示在發射頻率範圍內，水聲傳播對於聲源定位之誤差乃受到環境及邊界性質的影響，因為量測不易，且實際採樣需花類較多人力資源，使得海床沉積層對於水聲傳播造成較大的不確定性。本研究綜合了實驗設計、資料處理、軟體應用、數值模擬、結果分析等，綜合實驗團隊先前的研究加以近一步對於西子灣海域，不論是聲傳特性、儀器效能及海洋環境都有全面性的瞭解，並提供了後續研究的參考。

The purpose of this study is apply the matched-field geoacoustic inversion technique to source two data collected by a 6-element, 4-m aperture vertical line array in 20-m shallow water region of Sizihwan Bay Marine Test Field. The inversion process uses a genetic-algorithm-based matched-field-processing approach to optimize the search procedure for the unknown parameters. An environmental model in the study area is derived using the broadband data (linear frequency modulated signal of 350-Hz central frequency with 100-Hz bandwidth). The model parameters include both geometric and geoacoustic variables. The quality of the inverted model is confirmed by time-continuous source localization. Analysis need to consider environment and equipment architecture for source localization. Results displayed the localization error given by the environment and the impact of boundary. Because the sampling is more difficult, will make the sediment have relatively large uncertainty. In this study, a combination of experimental design, data processing, software applications, numerical simulation, results analysis, etc. On a thorough understanding of the marine environment, and provides a reference for future studies.

第一章 緒論 1
1.1 研究主題與研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 環境調查分析 3
1.2.2 高雄第一港區水下噪音特性研究 3
1.2.3 水聲傳播實驗 5
1.2.4 港區內水下反入侵實驗 8
1.2.5 地聲反算實驗 9
1.2.6 混響性質之研究 12
1.2.7 水下網絡通訊及水聲層析 14
1.3 研究方法 15
1.4 論文範疇 16
第二章 實驗設計與執行 18
2.1 實驗場址與環境資訊 18
2.2 聲傳實驗與環境資料 19
2.2.1 陣列設計 19
2.2.2 水文資料 21
2.2.3 實驗流程 22
2.3 資料處理 22
2.3.1 單頻訊號 22
2.3.1 脈衝壓縮與寬頻訊號 24
第三章 相關理論 27
3.1 聲傳模式 27
3.1.1 簡正模態法 27
3.1.2 模態分析 28
3.2 環境參數化與傳輸損失 29
3.3 目標函數 31
3.4 地聲反算軟體SAGA簡介 33
3.4.1 操作步驟 33
3.4.2 正算模組 35
3.5 基因演算法 36
3.5.1 演算法步驟和意義 36
3.6 誤差估計 40
第四章 分析結果與討論 41
4.1 參數搜尋範圍 41
4.2 初步反算結果 43
4.2.1 單頻與寬頻訊號反算比較 44
4.2.2 距離與深度之模糊度面 45
4.2.3 參數反算結果 47
4.3 聲源定位及追蹤 51
4.4 模糊度面模擬研究 54
4.5 地聲參數修正 58
4.5.1 修正之反算結果 61
4.5.2 不同距離反算之結果 63
4.5.3 環境模式比較 65
4.6 頻率間連貫性 67
第五章 結論與建議 71
5.1 結論 71
5.2 建議 72
附錄A 76

[1] Huang C. F., Hodgkiss W. S., (2004). Matched-Field Geoacoustic Inversion of Low-Frequency Source Tow Data Rrom the ASIAEX East China Sea Experiment. IEEE J. Ocean. Eng., No.4, pp.952-963.
[2] Yang T. C., Schindall J., Huang C. F., Liu J. Y., (2012). Clutter reduction using Doppler sonar in a harbor environment. J.Acoust. Soc. Am. Volume 132, Issue 5, pp.3053-3067.
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[17] 林祐德(2011)，「西子灣海洋實驗場混響性質之研究」，國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所碩士論文。
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