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顾及面积差的层内等效二段线替代法优化声速剖面

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测绘学报 2023年第12期52卷 2028-2038页

作者：肖元弼彭认灿董箭马政伟刘聚海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所辽宁大连116018 海军大连舰艇学院战术学博士后科研流动站辽宁大连116018 海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系辽宁大连116018 91388部队广东湛江524000

声速剖面是多波束测深系统中至关重要的参数,针对声速剖面简化层内精度不高的问题,本文提出一种顾及层间面积差的声速剖面自适应分层优化方法——层内等效二段线替代法。基于声速最大偏移量方法,构建了一种优化替代声速剖面的最优层内... 详细信息

声速剖面是多波束测深系统中至关重要的参数,针对声速剖面简化层内精度不高的问题,本文提出一种顾及层间面积差的声速剖面自适应分层优化方法——层内等效二段线替代法。基于声速最大偏移量方法,构建了一种优化替代声速剖面的最优层内等效二段线计算模型,并利用实测多波束测深数据对该算法进行了验证。通过实例分析发现该方法在多处地形起伏较大的区域,还原效果更好,更有效地保留了声速剖面特征点。统计结果表明,该方法可将整体水深数据和层间水深数据的标准差百分比控制在1%以内,在声速剖面等效面积差较大的深度,其计算的水深值更加接近原始声速剖面的计算结果。该方法可对复杂多层海水声速进行精确简化,在起伏较大的特殊海底地形的高精度测量中具有重要工程应用价值。

关键词：声速剖面多波束测深数据声速剖面简化层内等效二段线替代法等效面积差

利用GA-NN模型反演声速剖面的众源水深数据声速改正

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第3期48卷 377-385页

作者：袁浩贾帅东金绍华张立华王华大连舰艇学院军事海洋与测绘系辽宁大连116018 92962部队广东广州510220

针对当前众源水深数据后处理过程中缺少高精度的实测声速剖面,导致测深数据质量偏低的现状,提出了一种基于遗传算法优化反向传播神经网络(genetic algorithm-back propagation neural network,GA-NN)模型反演声速剖面的声速改正方法。首... 详细信息

针对当前众源水深数据后处理过程中缺少高精度的实测声速剖面,导致测深数据质量偏低的现状,提出了一种基于遗传算法优化反向传播神经网络(genetic algorithm-back propagation neural network,GA-NN)模型反演声速剖面的声速改正方法。首先,利用历史声速剖面群进行正交经验函数分析,提取特征向量与重构系数范围;然后,结合海区的历史声速场数据训练GA-NN模型;最后,将海表声速数据输入模型反演声速剖面,并分析不同方法下的声速剖面分别进行声速改正后的水深和位置误差。实验结果表明,在复杂的海底地形下,与现有方法相比,所提方法反演的声速剖面更适用于众源水深数据的声速改正,削弱了声速误差的影响,提高了众源水深数据的处理精度。

关键词：众源测深声速剖面反演预测遗传算法 BP神经网络模型正交经验函数

深海上层声速剖面水平非均匀分布对声场会聚区特性预报的影响

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声学学报 2023年第4期48卷 785-793页

作者：杨馥锦胡涛鹿力成郭圣明中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100149

针对深海上层声速剖面水平方向弱变化对声场会聚区特征的影响,通过对0°出射声线传播轨迹的分析,提出了只考虑声源及会聚区位置附近声速剖面水平变化实现深海声场会聚区特征准确预报的方法,该方法有助于降低深海声传播调查时声速剖面水... 详细信息

针对深海上层声速剖面水平方向弱变化对声场会聚区特征的影响,通过对0°出射声线传播轨迹的分析,提出了只考虑声源及会聚区位置附近声速剖面水平变化实现深海声场会聚区特征准确预报的方法,该方法有助于降低深海声传播调查时声速剖面水平非均匀分布的测量工作量。通过模拟小振幅内波引起深海上层声速剖面水平非均匀变化,对该方法进行了仿真验证。南海声传播试验数据分析表明,当不考虑上层声速剖面的水平非均匀分布时,模型预报的声场会聚区位置及会聚区能量分布与实测结果有一定差异,该差异具有距离累积效应,到第二会聚区时位置累计误差可达3 km,当考虑会聚区宽度内声速剖面水平变化时,模型预报的声场会聚区位置与实测结果非常吻合,第二会聚区位置预报误差小于1 km。

关键词：深海声速剖面水平非均匀分布会聚区位置

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南海北部海域声速剖面水平变化环境声学层析

声学学报 2022年第3期47卷 339-347页

作者：杨思斯李整林何利中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为获取水平变化的海水声速分布,在等效平均海水声速反演基础上,提出了一种声速剖面水平变化环境声学层析方法。首先利用经验正交函数结合匹配场处理方法反演不同距离下的等效平均声速剖面,进而通过逐步迭代重构出随水平距离变化的声速... 详细信息

为获取水平变化的海水声速分布,在等效平均海水声速反演基础上,提出了一种声速剖面水平变化环境声学层析方法。首先利用经验正交函数结合匹配场处理方法反演不同距离下的等效平均声速剖面,进而通过逐步迭代重构出随水平距离变化的声速场分布,并通过数值仿真及海上实验两方面验证了声速剖面水平变化环境声学层析方法的可行性及其准确性。结果表明:声速剖面水平变化环境声学层析结果与实验测量声速剖面均方根误差小于0.8 m/s,利用声传播信号基本能较为准确地重构出随距离水平变化的海水声速分布,为进一步层析中尺度三维结构及声呐水声环境保障应用奠定了基础。

关键词：环境声学声传播声速剖面经验正交函数匹配场处理水平距离均方根误差三维结构

基于K-means聚类分析与单经验正交函数回归法的南海声速剖面估计方法研究

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声学技术 2022年第6期41卷 821-826页

作者：欧圳翼屈科广东海洋大学电子与信息工程学院广东湛江524000

基于遥感参数和Argo历史数据对水体声速剖面(Sound Speed Profile, SSP)进行重构,对单经验正交函数回归(single Empirical Orthogonal Function-regression, sEOF-r)法在南海的适用性进行了研究。由于南海动力活动的复杂性,SSP扰动相对... 详细信息

基于遥感参数和Argo历史数据对水体声速剖面(Sound Speed Profile, SSP)进行重构,对单经验正交函数回归(single Empirical Orthogonal Function-regression, sEOF-r)法在南海的适用性进行了研究。由于南海动力活动的复杂性,SSP扰动相对复杂,同时海域内SSP样本稀疏,相关的SSP统计学估计方法在南海区域还难以有效应用。文章基于K-means对样本进行聚类分析,讨论南海海域正交经验函数模态的一致性。通过扩大重构实验网格解决样本稀疏的问题。利用经典的sEOF-r对南海SSP进行反演,对重构SSP的误差分析说明了该方法在南海海域应用的有效性。SSP重构的均方根误差为2.341 1m·s^(-1),较大误差主要出现在深度40~200 m,其原因是海域内混合层深度发生变化。实验证明在南海区域内利用遥感参数可以有效地估计SSP。

关键词：声速剖面聚类分析海面遥感参数南海单经验正交经验函数(sEOF-r)

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声速剖面反演预测方法

海洋科学进展 2019年第2期37卷 245-254页

作者：胡军肖业伟张东波冷龙龙湘潭大学信息工程学院湖南湘潭411105

利用2006—2017年我国南海部分区域(112°～114°E,10°～12°N)的Argo观测数据,对该海区声速剖面进行了仿真分析和研究。在此基础上,利用遗传算法(GA)优化的径向基函数(RBF)神经网络建立反演预测模型(GA-RBF),结合海区表面实测温度和... 详细信息

利用2006—2017年我国南海部分区域(112°～114°E,10°～12°N)的Argo观测数据,对该海区声速剖面进行了仿真分析和研究。在此基础上,利用遗传算法(GA)优化的径向基函数(RBF)神经网络建立反演预测模型(GA-RBF),结合海区表面实测温度和历史数据,研究了该区域2016—2017年的声速剖面实时预测情况,并获得该海区6月和12月的声速剖面平均均方根误差值为0.845 m/s和0.815 m/s;而采用平均声速剖面方法获得该海区6月和12月的声速均方根误差分别是2.393 m/s和2.176 m/s。仿真结果表明:基于GA-RBF网络模型并利用海区表面实测温度的反演预测结果更趋近实测声速剖面,该模型可用于海区垂直声速剖面的实时预测。

关键词：声速剖面 Argo数据遗传算法径向基函数神经网络反演预测均方根误差

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声速剖面精简运算的改进D-P算法及其评估

测绘学报 2014年第7期43卷 681-689页

作者：赵荻能吴自银周洁琼李家彪李守军尚继宏国家海洋局第二海洋研究所浙江杭州310012 国家海洋局海底科学重点实验室浙江杭州310012

声速剖面(SVP)在多波束测深中不可或缺。为解决原始测量的声速剖面数据量大而影响工作效率的问题,本文进行了声速剖面的精简与优化研究。提出一种适用声速剖面数据精简运算的改进DP算法(MOV方法),通过射线追踪法和误差百分比分析法评估... 详细信息

声速剖面(SVP)在多波束测深中不可或缺。为解决原始测量的声速剖面数据量大而影响工作效率的问题,本文进行了声速剖面的精简与优化研究。提出一种适用声速剖面数据精简运算的改进DP算法(MOV方法),通过射线追踪法和误差百分比分析法评估精简前后的声速剖面对测深精度的影响,并利用实测声速剖面数据对该算法进行了验证。结果表明,通过优选算法阈值,声速剖面数据的简化率在90%以上,可控制水深标准差百分比在0.1%以内,优化后的声速剖面可大幅提升多波束勘测与数据处理工作效率,具有重要的工程实际应用价值。

关键词： D-P算法声速剖面优化误差百分比分析法

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强非线性时间演化声速剖面的序贯反演

声学学报 2019年第4期44卷 452-462页

作者：苏林任群言庞立臣郭圣明马力中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

受海面波浪起伏、降雨和内波等海洋动力学过程的影响,浅水声速剖面的时间演化具有高度非线性,针对该问题提出使用改进的粒子滤波方法进行声速剖面序贯反演.该方法通过建立声速剖面的经验正交模型(EOF)以及描述声速剖面时间演化特征的状... 详细信息

受海面波浪起伏、降雨和内波等海洋动力学过程的影响,浅水声速剖面的时间演化具有高度非线性,针对该问题提出使用改进的粒子滤波方法进行声速剖面序贯反演.该方法通过建立声速剖面的经验正交模型(EOF)以及描述声速剖面时间演化特征的状态空间模型,将声速剖面反演问题建模为状态跟踪问题,利用不敏粒子滤波(UPF:Uncented Particle Filter)算法进行声速剖面序贯反演。仿真试验通过实测声速剖面数据和先验地声参数信息产生接收声场数据,再利用模拟声场数据估计声速剖面的时间变化.结果表明,相比于集合卡尔曼滤波(EnKF:Ensemble Kalman Filter),在计算效率等同的情形下,该方法可以在状态参数的时间跳变点保持良好的跟踪性能,一定程度上克服了现有反演算法在跳变点发散的问题,可以有效提高声速剖面反演精度,尤其在声速剖面时变性较强时具有显著优势.

关键词：声速剖面时间演化反演问题强非线性序贯状态空间模型集合卡尔曼滤波 Kalman

负梯度声速剖面的浅海混响平均强度的垂直结构

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声学学报 2019年第6期44卷 1036-1044页

作者：侯倩男吴金荣马力张建兰中国科学院大学北京100049 中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院水声环境挣性重点实验室北京100190

声速剖面是影响声场能量重新分配的主要参量。混响包含有双程传播和反向散射过程,文中根据全波动混响理论,从声速剖面对简正模态的垂直结构的影响出发,通过数值仿真和理论分析研究了负梯度声速剖面对双程传播损失和反向散射强度的垂直... 详细信息

声速剖面是影响声场能量重新分配的主要参量。混响包含有双程传播和反向散射过程,文中根据全波动混响理论,从声速剖面对简正模态的垂直结构的影响出发,通过数值仿真和理论分析研究了负梯度声速剖面对双程传播损失和反向散射强度的垂直结构的影响,进而得到声速剖面对混响平均强度的垂直结构的影响。数值仿真结果表明,传播距离近的条件下,混响平均强度的垂直结构受声速剖面的影响在实际应用中可以忽略不计;传播距离足够远,并且相对声速梯度在10-4 m-1量级时,混响平均强度的垂直结构才会受声速剖面的影响有明显的变化。负声速梯度下的混响实验也表明,在有限的混响时间内,混响平均强度的垂直结构保持稳定。

关键词：反向散射垂直结构声速剖面传播距离平均强度混响时间传播损失浅海混响