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Repositório Institucional da Produção Científica da Marinha do Brasil (RI-MB)

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Title: Focalização aplicada à tomografia acústica por campo casado em um ambiente de águas rasas
Authors: Freitas, Rodrigo Soares de
metadata.dc.contributor.advisor: Barroso Junior, Vicente
Keywords: Tomografia acústica
Focalização
Algoritmo genético
DGPM knowledge areas: Acústica submarina
Issue Date: 2023
Publisher: Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM)
Description: A tomografia por campo casado (matched-field tomography, MFT) é um método utilizado para resolver o problema inverso de estimar um perfil de velocidade do som em um determinado volume de água do oceano explorando a estrutura completa do campo acústico produzido por uma fonte presente neste ambiente. Sua solução, por ser multidimensional, tem grande dependência da precisão dos dados de entrada disponíveis sobre as propriedades do fundo e a geometria do problema (posiciona- mento da fonte, do receptor, e dados de batimetria) para que não ocorram erros de desajuste do modelo acústico empregado. Para superar tais dificuldades e reduzir o custo computacional da MFT, pode-se fazer uso da focalização, uma técnica de otimização e busca global da solução. Este trabalho aplica e testa a robustez da focalização como forma de melhorar os resultados da MFT ao absorver a imprecisão dos dados de entrada e reduzir seu tempo de execução. Para tal, um algoritmo ge- nético é implementado e aplicado aos dados de um experimento realizado em águas rasas, onde a posição da fonte e a inclinação do fundo variam ao longo do tempo. A MFT com focalização e ajuste da geometria, comparada à MFT clássica, apresentou uma melhoria de 75% nos resultados de inversão e 50% no tempo de processamento, em média. Os resultados obtidos destacam a capacidade de emprego da MFT com focalização como uma ferramenta alternativa e complementar às medições de ve- locidade do som realizadas por equipamentos na Oceanografia, contribuindo assim para o monitoramento e um melhor entendimento dos processos oceânicos e suas implicações na natureza dinâmica do ambiente marinho.
Abstract: Matched field tomography (MFT) is an inverse problem-solving method used to estimate a sound speed profile within a specific volume of ocean water by exploit- ing the complete acoustic field structure produced by a source in this environment. Its multidimensional solution heavily relies on the accuracy of input data available on bottom properties and problem geometry (source and receiver positioning, and bathymetry data) to avoid acoustic model mismatch errors. To overcome such chal- lenges and reduce the computational cost of MFT, the technique of focalization, an optimization and global search method, can be employed. This study applies and tests the robustness of focalization as a means to improve MFT results by absorbing input data imprecision and reducing computation time. For this pur- pose, a genetic algorithm is implemented and utilized on a dataset obtained from an experiment conducted in shallow waters, where the source position and bottom slope vary over time. The focalized MFT with geometry adjustment exhibited a significant improvement of 75% in inversion results and 50% reduction in processing time, on average, compared to classic MFT. The obtained outcomes highlight the applicability of focalized MFT as an alternative and complementary tool to sound speed measurements performed by oceanographic equipment, thereby contributing to ocean monitoring and enhancing our understanding of oceanic processes and their implications on the dynamic nature of the marine environment.
Access: Open access
URI: https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/846415
Type: Master thesis
Appears in Collections:Ciência, Tecnologia e Inovação: Coleção de Dissertações

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