[發(fā)明專利]一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間水聲通信信號(hào)的聲速剖面反演方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710500686.4
• 申請(qǐng)日: 2017-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN109141614B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚美娟;郭圣明;賈寧;鹿力成;孫炳文;馬力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01H5/00
• 分類號(hào): G01H5/00
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王蔚

本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間水聲通信信號(hào)的聲速剖面反演方法，該方法包括：步驟1)選擇需要進(jìn)行聲速剖面反演的水域，利用該水域的聲速剖面歷史數(shù)據(jù)獲取聲速剖面經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)，并利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)重構(gòu)一組聲速剖面；步驟2)通過聲場(chǎng)計(jì)算模型模擬生成步驟1)中各聲速剖面對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；和步驟3)將步驟2)中模擬生成的所有接收信號(hào)分別與該水域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)乃曂ㄐ判盘?hào)做相關(guān)運(yùn)算，選擇最高相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)的聲速剖面作為該水域的最優(yōu)聲速剖面。上述方法利用聲速剖面歷史數(shù)據(jù)得到的EOF基函數(shù)，并以EOF基函數(shù)重構(gòu)聲速剖面值是較為有效的聲速剖面樣本，可保證反演結(jié)果的有效性和精確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間水聲通信信號(hào)的聲速剖面反演方法。

背景技術(shù)

聲速剖面在目標(biāo)定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面都是極為重要的水聲參數(shù)，但是現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量的方法難以滿足實(shí)際應(yīng)用中快速獲取較大范圍海域內(nèi)聲速剖面的需求，因此，利用聲學(xué)反演方法來快速獲取聲速剖面的研究得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前常用的聲速剖面反演方法是匹配場(chǎng)反演方法和聲線傳播時(shí)間反演方法，其中匹配場(chǎng)反演方法由于要獲得足夠的空間增益，對(duì)陣型及陣列的要求較高，實(shí)際試驗(yàn)實(shí)施難度較大；而聲線傳播時(shí)間反演方法中的聲線傳播時(shí)間的測(cè)量誤差常會(huì)導(dǎo)致反演精度較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有的聲速剖面反演方法存在著實(shí)施難度高或反演精度低的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間水聲通信信號(hào)的聲速剖面反演方法，該方法利用聲速剖面歷史數(shù)據(jù)獲取聲速剖面經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF，EmpiricalOrthogonalFunction，也稱為EOF基函數(shù))，并利用EOF基函數(shù)進(jìn)一步重構(gòu)一組聲速剖面值，進(jìn)而通過聲場(chǎng)計(jì)算模型計(jì)算重構(gòu)聲速剖面下的接收信號(hào)，最后利用重構(gòu)聲速剖面下的接收信號(hào)與實(shí)際接收信號(hào)的相關(guān)度來反推得到最優(yōu)聲速剖面。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間水聲通信信號(hào)的聲速剖面反演方法，包括：

步驟1)選擇需要進(jìn)行聲速剖面反演的水域，利用該水域的聲速剖面歷史數(shù)據(jù)獲取聲速剖面經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)，并利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)重構(gòu)一組聲速剖面；

步驟2)通過聲場(chǎng)計(jì)算模型模擬生成步驟1)中各聲速剖面對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；

步驟3)將步驟2)中模擬生成的所有接收信號(hào)分別與該水域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)乃曂ㄐ判盘?hào)做相關(guān)運(yùn)算，選擇最高相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)的聲速剖面作為該水域的最優(yōu)聲速剖面。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的步驟1)包括：

步驟101)以測(cè)量獲得的水域的聲速剖面歷史數(shù)據(jù)求平均，獲得平均聲速剖面，所述的平均聲速剖面表示為：

其中，表示平均聲速剖面，N表示測(cè)量獲得的聲速剖面總數(shù)，表示測(cè)量獲得的第n個(gè)聲速剖面，c_m,0表示中第m個(gè)平均值，c_m,n表示中第m個(gè)測(cè)量值，m的取值范圍為1～M；

步驟102)利用步驟101)中的若干個(gè)聲速剖面與平均聲速剖面，構(gòu)建測(cè)量聲速剖面的協(xié)方差矩陣，所述的協(xié)方差矩陣表示為：

其中，r_ij表示協(xié)方差矩陣中第i行第j列位置的元素，c_i,n和c_j,n分別表示中第i個(gè)測(cè)量值和第j個(gè)測(cè)量值，c_i,0)和c_j,0分別表示中第i個(gè)平均值和第j個(gè)平均值；

步驟103)對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，得到特征值由大到小排列的M個(gè)特征矢量作為經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)，所述的M個(gè)特征矢量表示為：