浅海环境不确定性对声场扰动的影响

探索海洋环境各水声参数的不确定性所引发的声场扰动,对提高水声场预报的准确性与科学性至关重要,极具理论意义与应用价值。基于Workshop’97浅海环境基准模型,以扰动声场与实际声场的相关性函数作为量化指标,通过Kraken波动理论数值模型与马尔科夫链蒙特卡罗随机统计思想,基于单因子变量原则模拟分析了浅海水平不变环境中各水声参数声场扰动敏感性大小及其相关性,结果表明:沉积层声速C_1、水深D_1敏感性最强,沉积层衰减系数αs、沉积层密度ρs、沉积层声速C_2、沉积层厚度D_2、基底声速C_3次之,基底衰减系数αb、基底密度ρb几乎无影响;αs、ρs、C_1、D_1敏感性随距离增加逐渐增强,C_2、D_2、C_3敏感性随距离增加逐渐减弱;D_2、C_2,D_2、C_3,C_1、C_3,C_2、C_3之间存在较强的正相关性,D_2、C_1,C_1、C_2之间为显著的负相关性。

环境-声场不确定性传递过程中代理建模方法

海洋环境参数的不确定性是声场预报不确定性的主要来源之一。海洋环境参数和声场之间通常具有非常强的非线性关系,导致通过海洋环境参数的不确定性来计算声场的不确定性较为困难。传统使用的蒙特卡罗方法,需要多次运行声场计算模型,导致计算量过大。针对此,文中提出了一种新的基于多项式-克里金方法(PC-Kriging)的代理建模方法,可以高效地计算海洋环境参数至声场之间的不确定性传递过程。该方法使用多项式方法来提取系统响应的全局趋势,使用克里金方法逼近局地响应。同时,基于标准失配测试模型进行了计算机仿真,从模型逼近精度以及传播损失概率密度函数(PDF)2个方面进行验证。结果表明:PC-Kriging代理建模方法在逼近精度上优于单独使用多项式或者克里金方法,传播损失PDF也与蒙特卡罗方法结果吻合得较好,适合用于环境-声场不确定性传递过程计算。

水下声传播的发展及其应用

文章介绍了水声学中的基础研究领域水下声传播影响因素和研究进展,分析了海洋环境因素对水下声传播的影响机理,给出了不同类型海域以及不同季节的水下声传播特征。文章还列举了目前水下声传播研究的热点问题:水下三维声传播和复杂海洋环境下的水下声传播不确定性研究,并阐述了它在目标探测研究中的应用。最后文章着重讨论了水下声传播的重要应用之一——自适应匹配场处理技术。