基于LSTM网络的海水温度剖面预报研究

基于海水温度历史观测和海洋模式数值预报数据,利用长短期记忆(LSTM)神经网络开展了海水温度剖面短时预报方法研究。以南海17°46.91′N,112°03.24′E处海水温剖面预报为研究对象,利用模式预报数据和观测数据,构建了观测、预报、观测和预报混合3个样本数据集。基于LSTM神经网络模型,建立了由编码器-解码器组成的多对多海水温度剖面序列预报模型,并开展了模型的训练和性能验证分析工作。结果表明:该模型具有较高的预报精度,对小样本问题的处理具有良好的稳定性;采用深度分层预报,可有效提高模型预报精度,改善模型泛化能力;与只使用观测数据集的预报相比,混合样本集预报误差下降明显,为基于小样本观测数据的海洋环境要素预报研究提供了一种思路。

水下平台潜在区域威胁评估方法

为进一步提升对水下平台任务过程的复盘量化分析能力,分析开展水下平台潜在任务空间区域威胁评估迫切需求,讨论了水下平台潜在活动区域所面临的主要威胁因素和典型海洋环境影响因素;从威胁评估特征分析及指标体系构建、贝叶斯网络构造与推理以及威胁评估仿真实验设计3方面论述了水下平台潜在区域威胁评估方法,给出了水下平台潜在区域威胁评估典型实验过程及结果;对水下平台潜在区域威胁评估方法在水下平台任务复盘评估保障应用前景进行了展望。

深海会聚区特征参数计算方法研究

针对深海会聚区特征参数计算的问题,分析了深海会聚区现象的形成机理,建立了会聚区距离计算模型,通过对某海区会聚区距离的统计分析,得到了会聚区距离与表面声速、临界深度之间的对应关系,实现了会聚区距离的快速预报。该方法物理意义明确、结果简单、便于应用,较好地反映会聚区距离与环境参数的关系。

WKBZ简正波模型混合并行计算方法研究

针对水声传播模型的计算量大,难以满足实时化、精细化水下声传播信息保障需求的难题,基于MPI+OpenMP混合并行编程方法,开展了WKBZ简正波模型混合并行计算方法研究,实现了水下声场2级混合并行计算。该方法通过节点间消息传递、节点内内存共享的方式,有效克服了MPI并行编程模型通信开销大和OpenMP并行编程环境可扩展性差的缺点,较好地解决了水下声传播快速计算的问题。测试结果表明,该方法能够较好地利用SMP集群节点间和节点内多级并行机制,充分发挥消息传递编程模型和共享内存编程模型各自的优势,大幅降低MPI进程间通信带来的时间开销,有效提升程序的可扩展性和并行效率。

远程跨平台水下声场并行计算系统的实现

介绍一种跨平台远程水下声场并行计算系统。该系统支持从Windows平台到Linux平台的远程跨平台操作,为用户提供一种统一的使用模式,用户无须了解并行系统的具体结构即可使用并行系统,完成所需要的计算或仿真。应用结果表明,该系统可降低开发并行程序的复杂度,提高并行系统的使用效率,实现服务端与客户端的实时数据交换,具有很好的实用价值。

海洋-声学-探测模型的并行预报技术研究

针对声纳探测性能预报的需求,建立了海洋-声学-探测模型,实现了并行计算。该模型将海洋数值预报模式、声学模式与海洋观测资源进行整合,辅以战术需求,实现了对水声环境和声纳探测性能的动态预报和估计。同时,结合高性能计算机系统,设计并实现了模型的并行算法,结果表明,该程序具有较高的并行性能,较好地满足了声纳探测性能预报对实效性的要求,为形成业务化海洋水声环境预报能力打下了良好的基础。

深海反射会聚区距离计算方法研究

0引言深海会聚区现象是深海海区主要的水声环境特点之一,利用会聚区现象实现远程探测已成为声纳最重要的工作方式之一。当会聚区现象发生时,声纳的作用距离将发生质的变化,对目标的隐蔽性带来巨大的挑战。要形成会聚区,声源和接收器两者必须都置于声道内,且海水的深度必须足够大,当水深达不到声线在海底发生反转所需的深度时,

基于MPI+OpenMP混合编程的水声探测系统效能并行计算方法

针对水声探测系统效能计算对实时性的要求,建立一种水声探测系统探测效能计算模型。结合高性能计算平台,研究基于MPI+OpenMP混合编程水声探测系统效能并行计算方法。计算结果表明,并行后的程序较好地满足了水声探测系统效能计算对时效性的要求。

MPI + OpenMPI混合编程的实现与性能分析

为充分发挥SMP集群的计算能力,结合SMP集群并行系统体系架构的特点,采用MPI + OpenMP混合并行编程模式,研究了基于SMP集群的多级混合并行程序的设计和实现方法。通过节点间使用MPI消息传递接口实现任务的粗粒度划分,节点内使用OpenMP实现细粒度任务并行划分的方法,开发了混合并行编程性能测试用例,并对其进行了测试和分析。测试结果表明,MPI + OpenMP混合编程模式,能够有效利用SMP集群节点间和节点内多级并行机制,充分发挥消息传递编程模型和共享内存编程模型各自的优势,可有效提升SMP集群的计算效率。

基于直觉模糊推理的水声探测环境效能评估

针对海洋水声环境对声纳探测效能的评估问题,分析了影响声纳探测效能的海洋水声环境因素,建立了水声探测效能评估指标体系,研究了基于直觉模糊推理的水声探测环境效能评估方法。运用该方法对典型海洋水声环境下声纳探测效能进行评估,评估结果表明,该方法较好地反映声纳探测效能与海洋水声环境之间的模糊关系,评估结果更为科学可信。

基于MPI+OpenMP的水声传播并行预报方法

基于SMP集群,利用MPI+OpenMP混合并行编程方法,设计和开发了水声传播产品多级混合并行预报算法,该算法结合SMP集群的体系架构特点,通过节点内共享内存,节点间消息传递的方式,充分发挥两种模式各自的优势,克服MPI模式进程间通信时间长、OpenMP模式扩展性差的缺点,并对程序进行了优化处理,实现了水声传播产品的快速高效预报。测试结果表明,该方法可充分发挥两种并行编程模式的优点,有效提高水声传播产品预报程序的并行效率和扩展性,大幅降低预报时间。

水声环境特征参数并行预报方法研究

随着水声装备的快速发展,其性能发挥与海洋环境的耦合越来越紧密,如何为水声传感器提供长时间、大范围、精细化水声环境参数信息,对优化水声传感器设计,充分发挥其探测性能,实现海洋环境与传感器性能发挥的最佳匹配具有重要意义。利用MPI并行编程环境开发了水声环境特征参数并行预报程序,实现了水声环境特征参数的快速预报,针对并行程序存在的任务负载不均衡问题,分析了造成负载分配不均衡的原因,给出了性能优化的策略和方法。测试结果表明,优化后的并行程序,负载均衡问题得到了有效改善,计算时间大幅缩短,大大提升了水声环境参数预报能力。

WKBZ简正波方法的并行实现

声波是人们探测海洋的重要手段,快速准确预报声波在海洋中的传播对人们进一步认识海洋有重大意义。并行算法是解决大数据量运算耗时过久的重要途径,在PC机群上实现并行算法是一种低成本、高效率的解决方案。文章介绍了如何在机群系统上实现WKBZ简正波方法的并行化,对并行算法进行了测试,比较了并行WK-BZ简正波计算和传统WKBZ简正波计算耗时的差异。最后,根据理论研究和实际测试的结果,总结了利用PC机群系统进行并行WKBZ运算的可行性,得出了一些有意义的结论。

面向水下声场计算的PC集群构建

水下声场计算复杂,计算量大,目前的模型难以满足在水下战场环境仿真中对声场的实时性的要求。计算机技术的发展,特别是高性能集群的出现,为解决此问题提供了一种可行的方法。文中首先介绍了如何将单PC机通过以太网连接起来,构建实验环境下的用于水下声场计算的PC集群,然后给出了在此系统上运行水平不变声道中WKBZ简正波并行计算方法及FOR3D模型的并行方法的结果。实验结果表明,此系统能够可以为水下声场计算提供一个很好的并行环境,集群系统在水下声场及其相关领域必将有很大的应用空间。

海洋-声学耦合模式捕捉水声环境不确定性

考虑到海洋环境的时空变化对水声环境不确定性的影响,建立了海洋-声学耦合数值模式,实现了并行计算。该模式将声学计算纳入到运动的海洋中,从而实现了对水声环境的动态预报和估计。同时,采用集合预报方法对典型断面的温度垂直结构、实验海区声速剖面和传播损失进行预报,并给出了声速剖面的预报误差、不同深度与频率下,传播损失90%的概率区间以及声速、传播损失、声呐作用距离的不确定性直方图。结果反映了海洋时空变化对水声环境不确定性的影响,量化了水声环境中不确定性的大小。实验结果表明该方法可以刻画海洋动态变化引起的水声环境不确定性,并对其进行了量化和描述。

浅海负跃层对声传播影响的仿真研究

0引言夏秋季节,在浅海常常存在强烈的季节跃层,季节跃层对声传播具有重要影响。在负跃层海域,海水可以分成三层,在上层和下层声速随深度变化缓慢,而在中间层变化剧烈。在这种环境下,声传播特性强烈的依赖于跃层的深度、厚度和强度。本文采用浅海声传播的波束位移射线简正波(BDRM)理论[1。

水平不变海洋声道中WKBZ简正波方法的并行算法

并行算法是解决大数据量运算耗时过久的重要途径,在PC机群上实现并行算法是一种低成本、高效率的解决方案。首先介绍了计算机机群系统,在此基础上,建立了基于LINUX和MPI的PC机群实验环境,实现了WKBZ简正波方法并行计算,并利用建立的试验平台,对并行算法进行了测试,比较了并行WKBZ简正波计算和串行WKBZ简正波计算耗时的差异。根据理论研究和实际测试的结果,总结了利用PC机群系统进行并行WKBZ运算的可行性,得出了一些有意义的结论。

基于BELLHOP模型的宽带信号波形预报

为解决信号级声纳仿真系统的水声传输信道宽带信号波形预报问题,采用射线模型的基本原理,推导了基于射线的宽带水声信道响应函数。并在Pekeris环境条件下,分析比较了基于BELLHOP射线模型的时域宽带模型与基于BDRM模型的频域宽带模型波形预报结果。结果表明,水声信道具有典型的时域数字滤波器特征,其本质是对脉冲信号进行延迟、加权和求和,这种延迟求和会导致系统频域幅度响应函数呈现"梳状滤波器"形状。在一定条件下,射线模型与简正波模型具有同等计算精度,由于射线模型通过一次计算就能得到所有本征声线的幅度和延迟,相对于简正波模型来说,计算效率更高。同时利用射线模型,能够方便地选择接收特定角度出射的本征声线。

海洋-声学耦合过程初始温度误差传递与发展

针对海洋初始温度场误差到水声传播误差的传递以及随时间演变发展的问题,优化海洋-声学耦合模式,通过对比遥感数据,验证了模型的可靠性。在此基础上,采用在控制试验温度初始场上加扰动的方法进行传播损失全局误差发展和区域误差发展试验。结果表明,初始温度场全局扰动在经过5天繁殖后使传播损失误差达到饱和,且扰动分布结构和海洋运动规律基本保持一致;对于在黑潮流域设定的目标海区,其上游区域的初始扰动发展最快。该结论可为开展海洋声学适应性观测提供依据。

基于MPI+OpenMP混合编程模型的水声传播并行算法

声波是目前唯一能够在海水介质中进行远距离传播的有效载体,因此水下声传播成为海洋声学研究的主要内容之一,对现代声纳的设计和使用具有重要意义.宽带声传播、浅海地声反演、匹配场定位、水下环境仿真等技术的发展对水声传播提出了越来越高的要求,如何充分利用声传播模型和现代计算机技术实现声传播的快速计算已成为水声技术的一个重要研究方向.针对曙光TC4000L高性能机群系统计算节点多核处理器的组成特点,采用MPI+OpenMP并行混合编程模型实现了射线-简正波-抛物方程模型并行算法.测试分析结果表明,设计的并行算法具有较高的并行计算效率.