[發明專利]基于聲矢量場處理的海洋內波預警監測方法

在審

• 申請號: 202010907982.8
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112083428A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 姜煜;張敏
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S15/66
• 分類號: G01S15/66;G01S15/88;G01W1/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種基于聲矢量場處理的海洋內波預警監測方法，該方法利用海洋內背景聲源作為非協作聲源目標，使用超低頻矢量水聽器拾取目標聲源的三維信息，跟蹤目標聲源信號垂直維掠射角的變化，結合海洋內波聲學起伏特征，實現海洋內波實時監測。該方法通過水平維目標方位估計確定非協作聲源目標，通過求取目標聲源的垂直維掠射角，保持跟蹤鎖定，一旦目標的垂直維掠射角發生異常跳變，則與設定的跳變范圍進行對比識別，從而達到內波的預警監測。本方法步驟簡單，儀器布放回收便捷，監測效果佳，在內波監測領域具有較好的工程實用價值。

技術領域

本發明屬于海洋內波監測技術領域，具體是使用時-空-頻三維跟蹤算法對監測海域內的非協作聲源目標實時跟蹤反演海洋內波的監測及預警方法。

背景技術

海洋內波是發生在密度穩定層化的海水內部的一種波動，在海洋內部其振幅范圍一般為幾米到幾十米，波長為幾百米至幾千米，周期為幾分鐘至幾十小時，海洋內波對人類海洋活動極具威脅性和破壞性。目前國內外海洋內波檢測方法主要有兩種：一是采用錨系儀器陣列，走航拖曳儀器，中性浮子探測和聲學儀器等，通過檢測海水流變引起的物理變化來獲取和檢測內波信息。另一種檢測內波的方式是通過衛星遙感觀測，通過獲取內波在波峰后和波谷后處產生的輻聚和輻散現象，來實現內波發現與跟蹤。然而，利用海水流變檢測內波的技術存在諸多問題：錨系儀器陣列在細結構方面存在嚴重缺陷，其安裝儀器有限，不可能獲得足夠長的物理垂向和水平空間序列，且錨系鏈容易受海流拖拽力影響發生搖晃，多普勒影響顯著。走航拖曳儀器測量的缺點在于成本高，隨機性強，檢測海域范圍小，同樣無法做到全自主實時檢測。衛星遙感觀測進行內波檢測主要通過合成孔徑雷達來實現，其最大優點是能做到大面積實時觀測，但是該方法僅反映在影響到海水表層的特定內波，不能對隱藏于海底的內波進行直接、連續的觀測，且SAR觀測精度受海面狀況的制約較大。

發明內容

鑒于此，本發明提出一種基于聲矢量場處理的海洋內波預警監測方法，搜索海洋背景聲場中的非協作聲源目標信號，計算目標信號的垂直維掠射角，跟蹤目標信號的時-空-頻角度的變化反演內波，方法簡單，成本低，監測效果好。

本發明所述的基于聲矢量場處理的海洋內波預警監測方法，步驟如下：

(1)將超低頻矢量水聽器放于海底，拾取海洋背景聲場信息。

(2)根據聲壓和質點振速聯合信息處理方法，利用水平維目標方位估計搜索非協作聲源目標。

(3)根據鎖定的非協作聲源目標，計算目標信號的垂直維掠射角α。

(4)跟蹤目標聲源信號時-空-頻三維角度變化，繪制時間(t)-頻率(f)-方位(α)圖，直觀的通過圖上垂直方位角的跳變來判斷內波的到來，通過上位機顯示在軟件界面。

(5)若監測范圍內出現內波，將引起三維聲速剖面的變化、聲場的起伏，跟蹤的目標信號源聲能流強度改變，引起目標垂直維掠射角發生異常跳變，從而達到內波的預警監測。

本發明的優勢在于：內波成因復雜，直接監測較為困難，準確度較低，本發明利用跟蹤海洋內非協作聲源目標的垂直維掠射角變化來反演內波，可以簡單快速的監測內波活動，誤差小，反應迅速，監測內波距離范圍為5km。

附圖說明

圖1(a)是正常海洋背景狀態內波監測示意圖，

圖1(b)是內波來襲狀態內波監測示意圖；

圖2是基于聲矢量場處理的海洋內波預警監測方法原理圖；

圖3是目標方位估計三維聲源聲能流示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。