[發明專利]一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法

在審

• 申請號: 202110291461.9
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113128084A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 王豪
• 申請（專利權）人: 北京軍懋國興科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明提供了一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法，解決現有海浪方向譜的數值仿真計算時，采用區間等分法采樣，精度低，或為提高精度，因增加時空消耗過大而不適合在線計算的問題。該方法包括以下步驟：1)選擇海浪頻段和角度范圍并獲得海浪波高表達式，2)利用四叉樹分解優化算法，對海浪方向譜函數進行海浪頻段和海浪方向的離散化，頻率采樣間隔為Δω，方向采樣間隔為Δθ；3)計算每個離散網格上海浪波高，4)利用隨機數生成原理，產生(0,2π)之間均勻分布的隨機相位ε_n；5)計算單頻波磁場，6)分別計算海平面上方z_m高度航空磁探儀靜止和運動下檢測到的海浪磁場，合成海浪磁場信號，得到海浪磁場仿真結果。

技術領域

本發明涉及海浪磁場研究技術，具體涉及一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法。

背景技術

航空磁異常檢測問題主要涉及到三個方面：目標信號模型、背景噪聲特性模型、檢測算法設計。由于航空磁探儀為被動工作，需跟隨機載平臺運動，航空磁探儀接收的目標磁異常信號不僅與目標自身的磁特性有關，而且與機載平臺以及目標的運動態勢有關。航空磁探潛在海洋環境背景場中工作，航空磁探潛低空飛行探測過程中海浪磁噪聲是重要的噪聲源。研究海浪磁噪聲數學模型及其數值仿真模型對航空磁探潛工作具有重要意義。而研究海浪磁場數學模型及其數值計算是研究海浪磁噪聲模型的基礎。傳統研究海浪磁場的方法是基于Weaver海浪磁場理論推導的積分形式，在實際分析海浪磁場時，需要利用數值計算再進行模擬，因此對數值仿真計算模型的研究和優化成為研究海浪磁噪聲的關鍵點。

針對海浪磁場理論數值仿真計算模型的研究問題，以及根據海浪磁場與波浪頻率、波浪方向以及相應頻率的波高的相關性，得出不同方向和不同頻率的海浪波高集中體現為海浪方向譜，可以采用將方向譜離散化來對海浪磁場進行數值計算。海浪譜即海浪能量譜，定義為單位頻率間隔和單位方向間隔內的海浪平均能量密度，用來表示隨機海浪的能量與各組成波的分布關系。海域的實際海浪譜特征通常根據定點剖面觀測得到。海浪譜分為一維譜和二維譜，一維譜只考慮能量相對于頻率的分布特性，又稱為海浪頻譜；二維海浪譜同時考慮頻率和方向的分布，又稱為方向譜。

針對方向譜的觀測和研究，目前提出了許多模型，如張金春，陳志偉于2008年在《海軍航空工程學院學報》發表的“基于海浪譜的東中國海海浪二維仿真”對海浪進行了二維仿真并提出了簡化模型。而根據航空磁探潛的一般探測規律，風速在特定范圍內，為描述符合航空磁探潛特定風速的海浪方向譜，傳統簡單有效的采樣方法是區間等分法：將海浪頻率和海浪方向區間分別進行M、N等分，取固定大小的采樣子區域Δω×Δθ，Δω＝(ω_max-ω_min)/M，Δθ＝(θ_max-θ_min)/N；將每個采樣子區域中心對應的頻率和方向角作為單元波的頻率和方向，再按照海浪磁場數值仿真基本算法步驟，將不同振幅和頻率的單頻重力波合成得到海浪磁場。區間等分算法雖然簡單、容易實現；但是不夠精確，為了盡可能的精確，需要極力加大采樣數，但同時，時空消耗(運算量)也更大，因此不適合在線計算。

發明內容

為了解決現有海浪方向譜的數值仿真計算時，采用區間等分法采樣，存在采樣精度低，或者為了提高精度，因增加時空消耗過大，而不適合在線計算的技術問題，本發明提供了一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種基于四叉樹分解算法優化的海浪磁場仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇海浪頻段和角度范圍并獲得海浪波高表達式

1.1)以地理北直角坐標系OXYZ為基礎對海浪波建立海浪磁場坐標系；

其中，OXY位于平均海平面，OZ垂直向上；Z＞0為空氣介質，Z＜0為海水介質；

海浪傳播方向為OW，OW與OX軸的夾角為θ；