[发明专利]一种基于最大熵原理的浅海流场声层析方法

说明书

技术领域

本发明属于浅海流场声学层析方法，具体涉及一种基于最大熵方法的海洋声层析 方法。

背景技术

海洋声学监测技术是人类认识、开发和利用海洋过程中重要的技术领域，对于中 尺度和大尺度范围最受关注的是海洋声层析技术。类似于医学中计算机层析(CT)探查人体 中的病灶，海洋声层析利用传播时延或其它声学观测量计算声场穿过的海洋内部信息，主 要包括海洋中的声速场和流速场。由于观测的传播时延等信息是声速剖面等海洋参数的函 数，因此由观测信息重构海洋参数可以看作为声学逆介质问题，海洋声层析技术是利用观 察量作为输入，再加上声传播模型的知识实现对逆介质问题的求解。

传统的浅海流场声层析方法基于傅里叶级数进行流场建模，由于涉及到截断傅里 叶系数及三角函数的周期性，导致反演区域必须大于目标区域，一般选为两倍的大小，这样 会导致反演空间分辨力的下降。为解决该问题，我们选择径向基函数(RBF)作为反演的基函 数，使建模区域与目标海域大小相等，避免空间分辨力的下降。

由于观察叠加有噪声，传播模型有差误，因而逆介质问题无法求得解析解，只能在 适当的准则下求得最佳解，并且由于声速场和流速场的空-时变化性，对最佳解的求得也需 要通过迭代递归来实现。传统的流场声层析方法在求解逆介质问题时一般采用约束最小二 乘的方法，它只是在噪声为高斯分布时是最佳的。

发明内容

针对传统的基于约束最小二乘的流场反演方法，其精度和分辨力受到测量误差及 空间分辨力的限制，本发明提出了一种基于最大熵原理的浅海流场声层析方法，可以有效 提高流场声层析的精度。本发明中采用最大熵原理求解逆问题，不再局限于噪声为高斯分 布，得到比最小二乘更高精度的估计结果。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于最大熵的浅海流场反演方法，包括：

(1)根据待测海域大小及先验流场信息选择一组流场表征的径向基函数；

(2)确定各径向基函数的中心位置，利用得到的中心位置构建反演数学模型；

(3)将测量数据导入所述反演数学模型，所述测量数据为待测海域任意两个收发 阵之间路径相反方向的传播时延差；

(4)设定最大熵求解算子以及迭代完成条件，利用迭代方法求解所述反演数学模 型得到收敛最大熵解，再求得待测海域流场的估计值。

获得测量数据时，在待测海域布设多个声信号发射-接收节点(每个声信号发射- 接收节点视为一个收发阵)。如果有N_S个发射-接收节点，则可以得到N_S×(N_S-1)个接收信 号。假定各节点的时间同步，对接收信号作匹配滤波，得到传播时延估计，将同一个路径两 个相反方向信号的传播时延相减，得到传播时延差△t。

本发明利用一组径向基函数(以下简称基函数)来构建所反演的流场，每个基函数 形式为：

Φ(r)=e-k||r-rc||2---(1)]]>

式中r_c为基函数的中心位置，k是一个给定的标量。通过构建N_r个不同中心的RBF基 函数组建一个RBF网络，这个网络的输出为：