[发明专利]一种复杂海洋环境中的三维声场快速预报方法及系统

说明书

本发明公开了一种复杂海洋环境中的三维声场快速预报方法及系统，所述方法包括：根据设定的区域范围、采样距离向量和采样方位向量从海深环境数据库中提取方位‑距离极坐标下海深数据矩阵；根据海深数据矩阵，提取各方位海深变化引起的归一化起伏差异系数特征向量；将归一化起伏差异系数特征向量与预先设定的判决门限进行比较，得到自适应方位划分标志向量；根据自适应方位划分标志向量和采样方位向量，生成自适应划分方位向量；根据自适应划分方位向量，得到各方位下并行计算的N×2D三维声场快速预报结果；根据N×2D三维声场快速预报结果，按采样方位向量进行方位维的临近插值细化处理，得到基于环境分析自适应划分的三维声场快速预报结果。

技术领域

本发明涉及水声物理中声场性能预报与声纳使用支持技术领域，尤其涉及一种复杂海洋环境中的三维声场快速预报方法及系统。

背景技术

声场快速预报是水声探测与通信等声纳设备性能实时预报的基础与前提。复杂海洋环境中同一参考点各传播方向的水声环境参数(特别是海底地形)变化普遍存在差异，使得各个方位声传播特性有所不同，对水下探测、通信等声纳系统性能威力图产生重要影响。为了对360度全方位的声纳性能进行预估，需要三维声传播模型(N×2D或3D)进行多方位声场计算，方位划分越细得到的预报结果越精确，但运算量也成倍增大。目前文献中公开的相对成熟的三维传播模型主要有三维射线模型(BELLHOP3D)、三维耦合简正波模型(CMM3D)和三维抛物方程模型(FOR3D)等，这些模型计算声场时，由于考虑了方位耦合的影响，求解过程复杂且运算量大，不利于方位维的并行计算。一般情况下，方位之间的耦合可以忽略，在满足实际实时预报的结果精度要求下，为加快运算速度，一般采用各方位解耦的N×2D弱三维模型以进行方位维的并行计算。目前常用的N×2D三维声场预报模型在进行方位划分时，采用的是固定方位间隔，在一定计算时间和资源要求限制下只能对划分的方位个数进行约束，这样通常导致预报结果精度明显下降。

发明内容

传统固定方位间隔划分的三维声场预报中，方位划分越细得到的预报结果越精确，但计算量也越大，本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种复杂海洋环境中的三维声场快速预报方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种复杂海洋环境中的三维声场快速预报方法，所述方法包括：

根据设定的区域范围、采样距离向量和采样方位向量从海深环境数据库中提取方位-距离极坐标下海深数据矩阵；

根据海深数据矩阵，提取各方位海深变化引起的归一化起伏差异系数特征向量；

将归一化起伏差异系数特征向量与预先设定的判决门限进行比较，得到自适应方位划分标志向量；

根据自适应方位划分标志向量和采样方位向量，生成自适应划分方位向量；

根据自适应划分方位向量，得到各方位下并行计算的N×2D三维声场快速预报结果；

根据N×2D三维声场快速预报结果，按采样方位向量进行方位维的临近插值细化处理，得到基于环境分析自适应划分的三维声场快速预报结果。

作为上述方法的一种改进，所述根据设定的区域范围、采样距离向量和采样方位向量从海深环境数据库中提取方位-距离极坐标下海深数据矩阵；具体包括：

以中心坐标经纬度为[Lon0,Lat0]，单位为度，水平距离半径为R，单位为km的圆形区域范围，对海深环境数据库进行查询，并通过插值方式提取方位-距离极坐标下海深数据矩阵Bathy；

所述海深数据矩阵Bathy的行对应距离维坐标下海深，采样距离向量为r_Sample＝0:dr:R，其中，dr为水平距离采样间隔，单位km，Bathy的总行数为的整数部分；所述海深数据矩阵Bathy的列对应方位维坐标下海深，采样方位向量为θ_Sample＝0:dθ:(360-dθ)，其中，dθ为方位角度采样间隔，单位为度，Bathy的总列数为的整数部分。