【摘要】：海水的聲速剖面對(duì)水聲信號(hào)的傳播起決定作用,由于聲速剖面隨海水的動(dòng)態(tài)變化而變化,及時(shí)準(zhǔn)確的獲取海水的聲速剖面,對(duì)海洋的環(huán)境探測(cè)和監(jiān)測(cè)、海洋水性的評(píng)價(jià)、海底資源的開采以及潛艇的定位、海底戰(zhàn)力的部署等都有重要的意義�？傊�,聲速剖面是水聲學(xué)研究的重點(diǎn)之一。本文對(duì)海區(qū)聲速剖面反演方法進(jìn)行研究,分析了僅依據(jù)歷史數(shù)據(jù)聲速剖面反演方法的局限性。在已有的研究基礎(chǔ)上,提出了一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聲速剖面反演方法。該方法利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的擬合性和局部響應(yīng)特性映射海區(qū)表面溫度、歷史數(shù)據(jù)、海區(qū)穩(wěn)定特征與實(shí)際聲速剖面之間的非線性復(fù)雜關(guān)系。針對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法中隱含層中心、寬度和輸出權(quán)值確定的相互獨(dú)立,同時(shí)容易陷入局部極小的缺點(diǎn),采用遺傳算法來優(yōu)化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)參數(shù),將這三個(gè)待確定參數(shù)作為一個(gè)整體統(tǒng)一編碼,加強(qiáng)了 RBF隱含層和輸出層的合作關(guān)系,得到全局最優(yōu)參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)模型。針對(duì)遺傳算法自身的缺陷,對(duì)遺傳算法的交叉、變異和后代的產(chǎn)生進(jìn)行了改進(jìn),保證了遺傳算法的全局尋優(yōu)能力。本文以我國(guó)南海某區(qū)域2006-2017年的Argo觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證,對(duì)該海區(qū)聲速剖面變化規(guī)律進(jìn)行了分析和研究,獲得了該區(qū)域內(nèi)海水聲速剖面呈穩(wěn)定規(guī)律變化的特征,而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明海區(qū)聲速剖面在此穩(wěn)定特征上下波動(dòng)。在此基礎(chǔ)上,利用本文提出的GA-RBF反演方法,并結(jié)合海區(qū)表面實(shí)測(cè)溫度和歷史數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行仿真研究。以均方根誤差值為評(píng)價(jià)指標(biāo),以該區(qū)域2016、2017年6月和12月數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試,將本文方法與其他方法進(jìn)行對(duì)比,得到本文方法的兩年平均均方根誤差值是AVG方法的26.93%,EOF方法的50%,BP方法的63.30%,未優(yōu)化RBF方法的66.34%。仿真結(jié)果表明:基于GA-RBF網(wǎng)絡(luò)模型并利用海區(qū)表面實(shí)測(cè)溫度的反演結(jié)果更趨近實(shí)測(cè)聲速剖面,該模型可用于海區(qū)垂直聲速剖面的反演。利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的擬合能力,學(xué)習(xí)能力,對(duì)非線性函數(shù)逼近能力,提高聲速剖面實(shí)時(shí)反演的精度和適用范圍。最后,本文以LabVIEW開發(fā)軟件為平臺(tái),以SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫為依托,采用模塊化設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)開發(fā)了可視化的聲速剖面反演軟件。軟件界面友好、操作便捷,易于用戶學(xué)習(xí)和使用,便于升級(jí)和維護(hù)。該軟件的開發(fā)可作為水聲信號(hào)處理的基礎(chǔ)研究工具,所得到的反演數(shù)據(jù)可作為水聲信號(hào)處理算法模型的輸入?yún)?shù),具有十分重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP183;O427
【圖文】：

第二章聲速剖面反演逡逑聲信號(hào)是海水中信息傳遞的主要信號(hào)，其在海水中傳播的方式受海水環(huán)境數(shù)的影響很大，其中受海水聲速剖面的影響最大。在獲取海水聲速剖面時(shí)，快性和準(zhǔn)確性是非常重要的。由于直接測(cè)量方法在獲取大面積聲速剖面時(shí)存在許的缺陷，目前一般通過反演的方法獲得聲速剖面。本章主要介紹聲速剖面反演基礎(chǔ)和聲速剖面反演方法。逡逑２．１聲速剖面反演基礎(chǔ)逡逑２．１．１典型聲速剖面逡逑聲速剖面是指海水的深度為自變量，以聲信號(hào)傳播速度作為應(yīng)變量的函數(shù)系。典型的聲速剖面由表面層、主躍層和深海等溫層構(gòu)成［３４］。典型聲速剖面如２．１所示。逡逑ｖ／ｍ邋？邋ｓ邋１逡逑

逑和使用的海區(qū)要求內(nèi)，才能保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。國(guó)標(biāo)公式是由Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ公逡逑式得來，二者計(jì)算結(jié)果如圖２．２所示。逡逑0邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐＇ｉ逡逑５００邋－邐／邐－國(guó)ｔｉ、公式逡逑／ｙ邐—Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ邋公式逡逑Ｉ邐／逡逑１邋000邋－（；逡逑Ｉ逡逑１邐５００邋Ｖ逡逑＼逡逑２邋０００１邐＾邐一邋Ｊ邐１邐Ｌ邐邋１邐逡逑１邋４８０邐１邋４９０邐１邋５００邐１邋５１０邐１邋５２０邐１邋５３０邐１邋５４０逡逑ｖ／ｍｓ＇１逡逑圖２．邋２國(guó)標(biāo)公式和Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ公式計(jì)算聲速剖面對(duì)比逡逑２．１．３聲速剖面反演數(shù)據(jù)來源逡逑聲速剖面反演是基于歷史聲速剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行的，用于反演的歷史數(shù)據(jù)主要是逡逑由Ａｒｇｏ觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供。該觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)是地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣的縮寫［３９］，其全球逡逑分布如圖２．３所示。該觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)是由美國(guó)聯(lián)合其他幾個(gè)國(guó)家在１９９８年發(fā)起的全球逡逑海洋觀測(cè)項(xiàng)目，它計(jì)劃在２０００到２００３年在全球海洋上以每隔３００公里的距離，逡逑放置一個(gè)觀測(cè)浮標(biāo)，該浮標(biāo)可以和衛(wèi)星通信，利用衛(wèi)星對(duì)其進(jìn)行跟蹤。在全球總逡逑共投放約３０００個(gè)這種浮標(biāo)，建、＇Ｚ：—個(gè)全球性的海洋環(huán)境參數(shù)觀測(cè)Ｎ絡(luò)。每個(gè)浮標(biāo)逡逑設(shè)計(jì)的使用券命大約是５年左右，可以Ｍ過沉浮測(cè)

本文編號(hào)：2726206