[發明專利]一種復雜海洋環境中的三維聲場快速預報方法及系統

有效

• 申請號: 202110818929.5
• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113641954B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 胡治國;王海斌;汪俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;H04B11/00;H04B13/00;H04B17/373
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明公開了一種復雜海洋環境中的三維聲場快速預報方法及系統，所述方法包括：根據設定的區域范圍、采樣距離向量和采樣方位向量從海深環境數據庫中提取方位?距離極坐標下海深數據矩陣；根據海深數據矩陣，提取各方位海深變化引起的歸一化起伏差異系數特征向量；將歸一化起伏差異系數特征向量與預先設定的判決門限進行比較，得到自適應方位劃分標志向量；根據自適應方位劃分標志向量和采樣方位向量，生成自適應劃分方位向量；根據自適應劃分方位向量，得到各方位下并行計算的N×2D三維聲場快速預報結果；根據N×2D三維聲場快速預報結果，按采樣方位向量進行方位維的臨近插值細化處理，得到基于環境分析自適應劃分的三維聲場快速預報結果。

技術領域

本發明涉及水聲物理中聲場性能預報與聲納使用支持技術領域，尤其涉及一種復雜海洋環境中的三維聲場快速預報方法及系統。

背景技術

聲場快速預報是水聲探測與通信等聲納設備性能實時預報的基礎與前提。復雜海洋環境中同一參考點各傳播方向的水聲環境參數(特別是海底地形)變化普遍存在差異，使得各個方位聲傳播特性有所不同，對水下探測、通信等聲納系統性能威力圖產生重要影響。為了對360度全方位的聲納性能進行預估，需要三維聲傳播模型(N×2D或3D)進行多方位聲場計算，方位劃分越細得到的預報結果越精確，但運算量也成倍增大。目前文獻中公開的相對成熟的三維傳播模型主要有三維射線模型(BELLHOP3D)、三維耦合簡正波模型(CMM3D)和三維拋物方程模型(FOR3D)等，這些模型計算聲場時，由于考慮了方位耦合的影響，求解過程復雜且運算量大，不利于方位維的并行計算。一般情況下，方位之間的耦合可以忽略，在滿足實際實時預報的結果精度要求下，為加快運算速度，一般采用各方位解耦的N×2D弱三維模型以進行方位維的并行計算。目前常用的N×2D三維聲場預報模型在進行方位劃分時，采用的是固定方位間隔，在一定計算時間和資源要求限制下只能對劃分的方位個數進行約束，這樣通常導致預報結果精度明顯下降。

發明內容

傳統固定方位間隔劃分的三維聲場預報中，方位劃分越細得到的預報結果越精確，但計算量也越大，本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種復雜海洋環境中的三維聲場快速預報方法及系統。

為了實現上述目的，本發明提出了一種復雜海洋環境中的三維聲場快速預報方法，所述方法包括：

根據設定的區域范圍、采樣距離向量和采樣方位向量從海深環境數據庫中提取方位-距離極坐標下海深數據矩陣；

根據海深數據矩陣，提取各方位海深變化引起的歸一化起伏差異系數特征向量；

將歸一化起伏差異系數特征向量與預先設定的判決門限進行比較，得到自適應方位劃分標志向量；

根據自適應方位劃分標志向量和采樣方位向量，生成自適應劃分方位向量；

根據自適應劃分方位向量，得到各方位下并行計算的N×2D三維聲場快速預報結果；

根據N×2D三維聲場快速預報結果，按采樣方位向量進行方位維的臨近插值細化處理，得到基于環境分析自適應劃分的三維聲場快速預報結果。

作為上述方法的一種改進，所述根據設定的區域范圍、采樣距離向量和采樣方位向量從海深環境數據庫中提取方位-距離極坐標下海深數據矩陣；具體包括：

以中心坐標經緯度為[Lon0,Lat0]，單位為度，水平距離半徑為R，單位為km的圓形區域范圍，對海深環境數據庫進行查詢，并通過插值方式提取方位-距離極坐標下海深數據矩陣Bathy；

所述海深數據矩陣Bathy的行對應距離維坐標下海深，采樣距離向量為r_Sample＝0:dr:R，其中，dr為水平距離采樣間隔，單位km，Bathy的總行數為的整數部分；所述海深數據矩陣Bathy的列對應方位維坐標下海深，采樣方位向量為θ_Sample＝0:dθ:(360-dθ)，其中，dθ為方位角度采樣間隔，單位為度，Bathy的總列數為的整數部分。