[發明專利]基于遺傳算法的有效聲速表稀疏化方法

有效

• 申請號: 201711488762.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108108816B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 金曉劍;鄭翠娥;劉義勇;孫大軍;云青;李想;郝偉修;李海鵬;王火平
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海石油深海開發有限公司;哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06N3/12
• 分類號: G06N3/12;G01S15/06
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 張約宗;楊波

本發明涉及一種基于遺傳算法的有效聲速表稀疏化方法，包括以下步驟：S1、對原始有效聲速表進行采樣，生成初始樣本；S2、通過多項式插值法處理所述初始樣本并根據處理結果重構所述初始樣本，生成重構有效聲速表；S3、計算所述重構有效聲速表中的每個重構樣本的適應度；S4、判斷每個所述重構樣本的適應度是否滿足設計門限；S5、若所有所述重構樣本中有一個樣本的適應度滿足所述設計門限，則將適應度滿足所述設計門限的重構樣本作為最優樣本，并根據所述最優樣本對所述原始有效聲速表進行稀疏化處理。本發明所述的方法計算效率高、精度高，具有內在的隱并行性和更好的全局尋優能力，能自動獲取和指導優化的搜索空間，自適應地調整搜索方向。

技術領域

本發明涉及水聲傳播及水聲定位技術領域，更具體地說，涉及一種基于遺傳算法的有效聲速表稀疏化方法。

背景技術

聲音是目前在水中傳遞信息的最優載體，由于海水的不均性，使得聲音在海水中不是沿著直線傳播，這就使得在進行水下定位過程中，不能簡單依靠幾何方法計算目標位置，而是需要一種聲線修正方法，消除聲線彎曲對水聲定位系統的影響。目前，比較常用的聲線修正方法主要有三種，分別為聲線跟蹤法，等效聲速剖面法和有效聲速法。

聲線跟蹤方法為了精確逼近實際聲線軌跡，采用分層介質模型模擬水下聲速分布，把復雜的聲速垂直分布近似由多層恒梯度聲速構成，即用每個分層為等梯度的聲速分布替代連續變化的聲速分布，每層用一段圓弧來逼近實際聲線軌跡。聲線跟蹤的優勢在于能夠以極高的精度逼近實際聲線軌跡，但是跟蹤過程較為繁瑣，非常耗時。

等效聲速剖面法是根據實際的聲速剖面，構造一個恒梯度的聲速剖面，則聲線軌跡便可以近似為一段圓弧。該方法的優勢在于簡化了聲速剖面，提高了計算效率，但是誤差較大。

有效聲速法重新定義了聲線修正模型中的聲速，即為兩點之間的幾何距離與實際聲傳播時間的比值，從而將傳播路徑由曲線近似成直線，在實際應用中，根據已知的聲速垂直分布，通過聲線跟蹤方法離線計算得到作業區域所有位置的有效聲速，構造一個有效聲速表，在目標深度已知的情況下，直接調用表中的有效聲速，再結合測得的聲傳播時間，便可以求得聲波的實際傳播距離，有效聲速表的精度主要取決于水平和垂直方向上的步長，若要獲得較高的精度，則需要構造數據龐大的有效聲速表，雖然可以離線計算得到，但在對定位實時性要求高的系統中，會對硬件系統造成一定的負擔，影響系統實時性。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于遺傳算法的有效聲速表稀疏化方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于遺傳算法的有效聲速表稀疏化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對原始有效聲速表進行采樣，生成初始樣本；

S2、通過多項式插值法處理所述初始樣本并根據處理結果重構所述初始樣本，生成重構有效聲速表；

S3、計算所述重構有效聲速表中的每個重構樣本的適應度；

S4、判斷每個所述重構樣本的適應度是否滿足設計門限；

S5、若所有所述重構樣本中有一個樣本的適應度滿足所述設計門限，則將適應度滿足所述設計門限的重構樣本作為最優樣本，并根據所述最優樣本對所述原始有效聲速表進行稀疏化處理。

優選地，在所述步驟S4之后還包括：

S6、若所述重構樣本的適應度均不滿足所述設計門限,則保留適應度最大的重構樣本，剩余重構樣本使用再選樣本進行替換；

S7、將所述適應度最大的重構樣本與所述再選樣本以預設交叉概率隨機進行交叉運算，并將交叉運算結果作為交叉樣本；

S8、以預設變異概率對所述交叉樣本中的每個樣本進行變異運算，得到變異樣本，并比較變異前后的樣本的適應度；