[發明專利]基于非線性貝葉斯理論的水聲信號頻散特征被動反演方法

有效

• 申請號: 202010282721.1
• 申請日: 2020-04-12
• 公開（公告）號: CN111563233B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 楊益新;周建波
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06F17/18
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于非線性貝葉斯理論的水聲信號頻散特征被動反演方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、利用噪聲干涉儀技術與簡正波分離技術，被動提取各階水聲信號的頻散特征：

根據噪聲干涉儀技術，空間兩點噪聲場互相關函數的導數用兩點之間的因果格林函數與反因果格林函數之和表征：

其中C(τ,r₁,r₂)，G(τ,r₁,r₂)和G(-τ,r₁,r₂)分別為r₁,r₂兩點間噪聲場時空互相關函數、因果格林函數與反因果格林函數，τ為時延；

通過對互譜密度函數C(ω,r₁,r₂)做反傅里葉變換得到噪聲場時空互相關函數C(τ,r₁,r₂)：

其中為反傅里葉變換，C(ω,r₁,r₂)為r₁,r₂兩點間噪聲場互譜密度函數；

通過對兩個水聽器接收的聲壓信號求數學期望得到互譜密度函數：

C(ω,r₁,r₂)＝E[P(ω,r₁)P^*(ω,r₂)]

其中P(ω,r₁)和P^*(ω,r₂)分別為第一個水聽器在角頻率ω處的復聲壓以及第二個水聽器在角頻率ω處的復聲壓共軛，采用Warping變換來進行簡正波分離，Warping變換之后的噪聲場時空互相關函數W(τ,r₁,r₂)為：

其中h(t)為warping算子：

t_R為信號起始時間，t_R＝R/c，R和c分別為兩水聽器間距以及水中聲速；

步驟2、利用自適應單純形法模擬退火算法開展海底參數的反演，給出各個反演參數的邊緣概率分布：

隨機變量d和m分別表示觀測數據向量和模型參數向量，N和M則分別表示向量d和m的變量個數；根據貝葉斯定理，d和m的關系表示為：

其中，P(m|d)為后驗概率密度；P(d|m)為條件概率。P(m)和P(d)為模型參數向量和觀測數據向量的先驗概率；

構建代價函數：

其中d_k為第k階模態的實測頻散曲線，d_k(m)為參數向量下第k階模態的理論頻散曲線，N_k為第k階模態頻散曲線上取樣的數量；

結合先驗概率的代價函數φ(m)為：

φ(m)＝E(m)-log_e P(m)

最大后驗概率分布和一維邊緣概率密度分布(MPD)P(m_i|d)用下式表征：

P(m_i|d)＝∫δ(m_i-m′_i)P(m′|d)dm′

其中就是使()內達到最小值時的變量的取值。

2.根據權利要求1所述基于非線性貝葉斯理論的水聲信號頻散特征被動反演方法，其特征在于：所述互譜密度函數：對兩個水聽器接收的噪聲信號做傅里葉變換得到各個頻率點的聲壓值，第一個水聽器處的聲壓值與第二個水聽器處的聲壓值的復共軛二者相乘即得到兩點間互譜密度：

其中p_j(ω,r₁)和p_j(ω,r₂)分別為第一個和第二個水聽器接收的第j個快拍信號的頻域聲壓解，J為快拍的總數，p_j(ω,r₁)可以通過對第j個快拍信號x_j(t)做傅里葉變換得到。