粒子群优化算法下的多声速剖面声线计算

作     者：高江俊康 杨晋斌 池晴佳 刘宝 林永水 陈威 

作者机构：武汉理工大学船舶与能源动力工程学院 武汉理工大学理学院 中国船舶集团有限公司工程管理中心 海军工程大学电子工程学院 

出 版 物：《应用声学》 (Journal of Applied Acoustics)

年 卷 期：2024年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

基　　金：企、事业单位委托项目(202214HX10) 

主　　题：粒子群算法 声线追踪法 打靶法 多声速剖面 射线法 

摘      要：在水下声线追踪研究中，声速剖面的变化会显著影响定位的精度。传统的声线追踪方法虽考虑了声速随深度的改变，但忽略了声速沿水平方向的变化。该文从单声速剖面下的声线追踪法出发，结合粒子群优化算法提出了一种定向搜索本征声线的改进算法，并对水平方向存在多个声速剖面情况下的声线及时延进行了计算研究。根据给定的初始入射角，通过打靶法搜寻出待求本征声线的一条同形声线，再以此为基础使用粒子群优化算法寻找本征声线。在单个声速剖面下，分别计算了正负梯度时的本征声线并和BELLHOP进行了对比验证，两种情况下该文程序与BELLHOP的误差分别为2.494%和0.924%。并且在考虑沿水平距离呈现单独一个、等间距4个及等间距8个不同声速剖面情况下研究了本征声线的时延及结构。在距离估计仿真中，恒等声速剖面、沿水平距离单独一个及等间距4个声速剖面情况下的估计结果分别为10030 m、10030 m和9980 m，与真实距离的误差分别为0.3%、0.3%和0.2%。结果表明声速剖面在水平距离上不同的分层结构会影响声线时延和结构的计算结果，进而影响定位的精度。