环境-声场不确定性传递过程中代理建模方法

作     者：刘宗伟 吕连港 杨春梅 姜莹 于晓林 黄龙飞 LIU Zong-wei;Lü Lian-gang;YANG Chun-mei;JIANG Ying;YU Xiao-lin;HUANG Long-fei

作者机构：国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 海洋环境科学与数值模拟国家海洋局重点实验室山东青岛266061 

出 版 物：《水下无人系统学报》 (Journal of Unmanned Undersea Systems)

年 卷 期：2018年第26卷第5期

页      面：403-408页

学科分类：07[理学] 082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 082403[工学-水声工程] 070206[理学-声学] 0826[工学-兵器科学与技术] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFC1400200) 国家自然科学基金项目(41706113) 

主　　题：水下声场预报 环境-声场不确定性传递 代理建模 多项式-克里金方法 标准失配测试模型 

摘      要：海洋环境参数的不确定性是声场预报不确定性的主要来源之一。海洋环境参数和声场之间通常具有非常强的非线性关系,导致通过海洋环境参数的不确定性来计算声场的不确定性较为困难。传统使用的蒙特卡罗方法,需要多次运行声场计算模型,导致计算量过大。针对此,文中提出了一种新的基于多项式-克里金方法(PC-Kriging)的代理建模方法,可以高效地计算海洋环境参数至声场之间的不确定性传递过程。该方法使用多项式方法来提取系统响应的全局趋势,使用克里金方法逼近局地响应。同时,基于标准失配测试模型进行了计算机仿真,从模型逼近精度以及传播损失概率密度函数(PDF)2个方面进行验证。结果表明:PC-Kriging代理建模方法在逼近精度上优于单独使用多项式或者克里金方法,传播损失PDF也与蒙特卡罗方法结果吻合得较好,适合用于环境-声场不确定性传递过程计算。