本研究探討極淺海水聲傳播作為研究題材，以達到了解西子灣海域環境特性為目標。極淺海聲學其特點在於，聲波傳播過程中會與底層產生劇烈的交互作用，因此，傳播波與底層性質具高度相關性。極淺海位處於台灣西部沿岸，其應用可延伸至近岸防衛、港區防衛等實務層面。
藉由實海域實驗所得的海洋聲學資料進行分析，並以OASES聲學軟體做為輔助驗証工具，期了解極淺海環境的聲傳現象。研究區域為高雄港外海約4km處左高海域以南的「西子灣海洋實驗場」，由於此區域之地形、地貌、底質、海流、波浪、風場等，均有詳細調查的資料結果，故可掌握波導環境對聲音傳播的影響，適合極淺海聲學實驗，就地理位置的便利，有利於極淺海聲學實驗之進行。實驗測線沿水深20m處進行，航跡路徑為一淺化地形，聲源UW350錨碇且發射3個單頻連續訊號(350Hz、800Hz和1250Hz)；施放水下麥克風之研究船以漂流方式接收，以量測極淺海環境下不同頻率聲波之傳輸損耗。初步分析結果顯示，傳輸損失量測結果與隨距離變化之聲學模式預測結果相符。後續研究將由量測傳輸損失進行地聲反算，求得海床之地聲參數，推估底質屬性，再與底泥採樣量測結果比對，求證地聲反算之準確性。

The purpose of this study explores the sound propagation in very shallow water to understand the environment quality of the Si-Tzi Marine Test Field. Very shallow water acoustics characterized by that sound wave will have a dramatic interaction between the bottoms and the propagation of wave and bottom with a high degree of correlation. Those types of environment are concentrated in the west coast of Taiwan.

Analysis of actual acoustic data from the ocean obtain and to use "OASES" simulation that an applied acoustic tool. Expect to understand the phenomenon of water acoustic propagation in the very shallow. The Si-Tzi marine test field had detailed environmental information by previously study. In experiment process, the hydrophone "iTC-6050c" receiving broadband sound source "UW350" signal. The use of personal computer with DAQ card for data acquisition and control. The source in the research vessel was moored 20 m below sea, at the same time to launch three consecutive single (frequency signal 350 Hz, 800 Hz, and 1250 Hz). Reception of signals in order to drift the way. Measured at different frequencies in very shallow water of the transmission loss. The results showed that the results of the current measurement and simulation in line with the follow-up study will be measured "transmission loss" to do to Inversion for geoacoustic parameters in very shallow water.
Then obtained "geoacoustic parameters" Comparison of sea-bed surface sampling results. Confirmation "geoacoustic inversion technique" is correct.

第一章 緒論 1
1.1 研究主題與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法 3
1.4 論文範疇 3
第二章 環境特性 5
2.1 西子灣環境海洋實驗場簡介 5
2.2 實驗位址規劃 6
2.3 環境資訊與使用儀器 7
2.3.1 海流 8
2.3.2 聲速 9
2.3.3 水深 10
2.3.4 底質 13
第三章 聲學資料量測 16
3.1 實驗方法 16
3.2 實驗儀器 17
3.2.1 訊號控制箱 19
3.2.2 水下麥克風 21
3.2.3 標準水下寬頻聲源 21
3.2.4 全球衛星定位系統 24
3.3 軟體介紹 25
3.3.1 LabVIEW 8.6 25
3.3.2 Matlab 7.0 26
3.4 訊號發送與擷取 27
3.4.1 訊號發送 27
3.4.2 訊號接收 29
3.4.3 資料儲存格式 29
3.5 資料處理 31
3.5.1 解析度 31
3.5.2 取樣原理 32
3.5.3 靈敏度 33
3.5.4 快速傳立葉轉換 33
3.5.5 訊號處理 34
第四章 聲學模式介紹與模式資料分析 40
4.1 OASES簡介 40
4.2 理論模式 41
4.2.1珮克瑞斯波導 42
4.2.2邊界條件 44
4.3 OAST:不隨距離變化聲傳模組 46
4.4 模式分析工具 48
4.4.1 水平波數譜 48
4.4.2 模式震盪週期 49
4.5 OAST模式分析 50
4.5.1 OAST模式分析：底質聲速 51
4.5.2 OAST模式分析：底質密度 51
4.5.3 OAST模式分析：底質衰減係數 54
4.5.4 OAST模式分析：水深對傳播模態之影響 54
4.6 RDOAST:隨距離變化聲傳模組 57
4.6.1 RDOAST模式分析：有限距離的分段數量 58
4.6.2 RDOAST模式分析：淺化環境 49
4.6.3 RDOAST模式分析：坡度 60
4.7 結語 61
第五章 結果與討論 62
5.1 OAST佐證資料正確性 62
5.2 RDOAST佐證資料正確性 63
5.3 RDOAST模擬實驗誤差 69
5.4 動態平均 72
5.5 結語 76
第六章 結論與建議 77
6.1 結論 77
6.2 建議 78

[1] Jensen, F.B., W.A. Kuperman, M.B. Poter., and H. Schmidt, Computational Ocean Acoustic, AlP Press (1994).
[2] Kinsler, L.E., A.R. Frey, A.B Coppens, and J.V. Sanders, Fundamental of Acoustics, 3rd edi., Wiley (1982).
[3] Schmidt, H., OASES Version 3.1 User Guide and Reference Manual, Department of Ocean Engineering, Massachusetts Institute of Technology (2004).
[4] Urick, R.J., Principles of Underwater Sound, 3rd edi., McGrawHill (1983).
[5] Operating Instructions and Technical Manual for HyDrosounder model UW350 Amplifier modle SS1000T, Data Physics (2008).
[6] Carey, W.M., J. Doutt, R. Evans, and L. Diliman, “Shallow water sound transmission measurements on the New Jersey Continental Shelt,” IEEE J. Ocean. Eng., 20, pp. 321-336 (1995).
[7] Frisk, G.V., and J.F. Lynch, “Shallow Water Waveguide Characterization using the Hankel Transform,” J. Acous. Soc. Am., 76(1), pp. 205-216 (1984).
[8] Frisk, G.V., J.F. Lynch, and S.D. Rajan, “Determination of compressional wave speed profiles using modal inverse techniques in a range-dependent environment in Nantucket Sound,” J. Acous. Soc. Am., 85(5), pp. 1928-1939 (1989).
[9] Goh, J.T., and H. Schmidt, “A hybrid coupled wave-number integration approach to range-dependent seismoacoustic modeling,” J. Acoust.Soc. Am., 100, pp. 1409-1420 (1996).
[10] Jensen, F.B., “Sound propagation in shallow water: A detailed description of the acoustic field close to surface and bottom,” J. Acous. Soc. Am., 70(5), pp. 1397-1406 (1981).
[11] Knobles, D.P., R.A. Koch, L.A. Thompson, K.C. Focke, and P.E. Eisman, ”Broadband sound propagation in shallow water and geoacoustic inversion,” J. Acoust. Soc. Am., 113, pp. 205 222 (2003).
[12] Kuperman, W.A., and J.F., Lynch, “Shallow water acoustic,” American Institude of Physics, pp. 55-61 (2004).
[13] Rajan, S.D., J.F. Lynch, and G.V. Frisk, “Perturbative inversion methods for obtaining bottom geoacoustic parameters in shallow water,” J. Acoust. Soc. Am., 82, pp. 998-1017 (1987).
[14] Schmidt, H., W. Seong, and J.T. Goh, “Spectral super-element approach to range-dependent ocean acoustic modeling,” J. Acoust. Soc. Am., 98, pp. 465-472 (1995).
[15] 板卷佳壽美，《看圖了解訊號處理》，建興文化事業有限公司，民94。
[16] 南立文，《聲波在各種海洋聲道中傳播-OASES之應用與距離變化之問題》，國立中山大學海下技術研究所碩士論文，民88。
[17] 陳信瑜，《極淺海環境中水聲之傳播：儀器測試與現場實測資料分析》，國立中山大學海下技術研究所碩士論文，民95。
[18] 許登壹，《西子灣海洋實驗場環境調查之分析》，國立中山大學海下技術研究所碩士論文，民96。
[19] 趙尊憲，《高雄港第一港口水下噪音特性之研究》，國立中山大學海下技術研究所碩士論文，民96。
[20] 劉金源，《台灣周邊海域波導環境中混響預估與模式建立(III)》，國防科技發展小組 ，國立中山大學海下技術研究所報告第NSC 94-2623號，民94。
[21] 劉金源，《水中聲學─水聲系統之基本操作原理》，國立編譯館，民90。
[22] 劉金源，《海洋聲學導論~─~海洋聲波傳播與粗糙面散射之基本原理》，中山大學出版社，民91。
[23] 高雄港務局水位查詢系統~：http://163.29.117.247/port/