[发明专利]一种海洋环境稳态声场空间实时仿真的方法及装置

说明书

本发明公开了一种海洋环境稳态声场空间实时仿真的方法及装置，包括：接收用户输入的原始声源数据；建立海洋环境声场空间背景模型；根据所述海洋环境声场空间背景模型、所述原始声源数据、声线与声速梯度矢量非共面条件下的声线轨迹方程、离散处理的程函方程以及分组行进方法GMM，确定海洋环境稳态声场空间矩阵；输出所述海洋环境稳态声场空间矩阵。本发明利用稳态声场空间声线跟踪技术，在较高的精度要求下求出关心区域的全海洋环境声场信息，并且需要的计算量低。

技术领域

本发明涉及声学领域，具体涉及一种海洋环境稳态声场空间实时仿真的方法及装置。

背景技术

海洋环境作业单位的实时仿真技术越来越多的应用在各行各业，相关技术情况可从以下参考文献了解：[1]Catipovic,Josko A.Performance Limitations In UnderwaterAcoustic Telemetry[M].IEEE J.Oceanic Eng.1990, 15(3)；[2]Estes,Lee E,Faingibert,Carvalho,Doris.Shallow Water Channel Characterization forUnderwater Acoustic Telemetry[C].Proc.Conf Oceans, 1993；[3]Kelf M A.Hardware-in-the-loop simulation for undersea vehicle applications[C].The InternationalSociety for Optical Engineering,2001,4366: 1-12。能够及时准确的获取复杂海洋环境条件下作业单元相互之间感知，并得到相应决策，是仿真平台系统的关键技术。在众多物理场中，水声探测效果的实时仿真在其中占有重要地位。由于在实时仿真平台中需要不断的计算任意单元间的水声探测状态，因此，快速计算单元件水声衰减情况至关重要。

计算水中声波传递的基本方法为波动方程方法。其它所有方法都是基于波动方程的，只是在不同方面进行简化和近似。与其它方法相比，波动方程方法计算精度高，但在计算量和计算速度方面，特别是针对中高频，计算量较大，计算速度较慢，难以满足实时性仿真的要求，相关技术分析详见参考文献[4]Yang Dinghui et al.An improved nearlyanalytical discrete method:an efficient tool to simulate the seismic responseof 2-D porous structures[J].J.Geophys.Eng.,2007(4):40-52。

声线法可以实现较快的计算。但为了求取本征声线，传统的“打靶法”计算量大，远距离计算误差大，难以获得理想效果。根据参考文献[5]孙枕戈，马远良，屠庆平.分层海洋介质中本征声线的快速计算[J].应用声学， 1997(4)：7-14.Sun Zhenge,Ma Yuanliang,TuQingping.Fast search for eigenrays in stratified ocean[J].Applied Acoustics,1997(4):7-14；通过引入“跨度”概念，利用本征声线快速计算理论可以较快速的计算海洋环境中关心位置的本征声线，增加计算速度，但其对海洋的分层介质要求使得该方法难以完成复杂海洋环境中的预报。另外，目前声传播分析中，主要针对的是声波在某个固定方位角纵剖面中传播，与复杂海洋情况有较大差异，详细分析请见参考文献[6]Etter PC.Underwater Acoustic Modeling and Simulation[M].London:Spon Press,2003；[7]韩晶,黄建国,曹海旺.海洋信道仿真软件HJRAY及其在水声通信中的应用[J].系统仿真学报,2007, 19(1):35-37.Han Jing,Huang Jian-guo,Cao Hai-wang.Ocean Acoustic ChannelSimulator HJRAY and Its Application on Underwater Communication [J].Journalof System Simulation,2007,19(1):35-37。