基于声传播损失的海表会聚区参数计算方法及系统与流程

本发明涉及海洋声场传播计算领域，具体地说，尤其涉及一种基于声传播损失的海表会聚区参数计算方法及系统。

背景技术：

1、会聚区是指从海面附近声源发出的声波在海洋中折射并发生反转，在约50～70km的距离处折回，形成几千米宽的环带状高声强区域的现象。会聚区的形成与周遭海洋环境密切相关，特别是海深、声道轴深度等特征参数，舰艇声纳利用会聚区效应可以探测几十甚至上百海里的目标，对实现声呐远程探测具有十分重要的意义。从20世纪60年代起，有关会聚区声场特性的理论和实验研究一直受到高度关注。hale较早地在海上实验中发现了会聚区的存在，并对会聚区进行理论研究。urick分析了不同声源深度对深海会聚带的影响。范培勤等分析了会聚区的形成原理，并提出了会聚区距离计算模型。

2、目前对于海洋会聚区参数的计算主要基于会聚区特征参数模型，即通过声道轴声速、声线初始掠射角、声速梯度等参数计算会聚区发生距离及会聚区宽度等会聚区信息。然而，此类会聚区特征参数计算模型通常将复杂海洋环境进行了简单等效，忽略了不同距离、海底地形地势以及海底沉积物变化对声速剖面的影响。当海洋环境与简单等效的环境相差较大时，计算的会聚区参数与实际情况偏差较大，无法满足科学研究及工程建设对传播损失精度需求。

3、因此，经过发明人潜心研究，开发了一种克服上述缺陷的基于声传播损失的海表会聚区参数计算方法及系统。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种基于声传播损失的海表会聚区参数计算方法，其中，包括：

2、传播损失获取步骤：根据水平声速剖面变化数据、海底地形地势变化数据以及海底沉积物参数通过声传播模型获取传播损失数据；

3、会聚路径获取步骤：基于所述传播损失数据通过恒虚警处理技术和连通域技术获取会聚路径数据及会聚区数量参数；

4、会聚区中心点获取步骤：基于所述会聚路径数据通过恒虚警技术确定会聚区中心点位置；

5、会聚区边界获取步骤：基于所述会聚区中心点位置结合所述传播损失数据的梯度变化特性确定所述会聚区中心点位置两边的范围边界。

6、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述传播损失获取步骤包括：

7、获取一设定范围内的所述水平声速剖面变化数据、所述海底地形地势变化数据以及所述海底沉积物参数；

8、根据所述水平声速剖面变化数据、所述海底地形地势变化数据以及所述海底沉积物参数通过波动方程求解方法获得所述设定范围内的所述传播损失数据。

9、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述传播损失获取步骤包括：

10、对所述传播损失数据进行翻转。

11、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述会聚路径获取步骤包括：

12、会聚路径初步识别步骤：通过恒虚警技术对所述传播损失数据进行初步识别获得初始的会聚路径数据；

13、会聚路径最终识别步骤：通过连通域技术去除所述初始会聚路径数据中的离散数据获得最终的会聚路径数据。

14、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述会聚路径初步识别步骤包括：

15、根据所述传播损失数据的两侧的样本数据单元获得左侧样本单元值及右侧样本单元值；

16、根据所述左侧样本单元值及所述右侧样本单元值获得恒虚警值；

17、通过所述恒虚警值对所述传播损失数据进行识别获得初始的会聚路径数据。

18、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述会聚路径最终识别步骤包括：

19、对初始的会聚路径数据中具有相同像素值且相邻的像素进行编号标记；

20、通过设置点数对编号进行判断去除离散数据干扰后，获得最终的会聚路径数据，根据最终的会聚路径数据获得会聚区数量参数。

21、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述会聚区中心点获取步骤包括：

22、在最终的会聚路径数据的基础上根据设定方向提取与海面设定距离的深度数据进行均值后获得一维数组；

23、通过高斯滤波对所述一维数组进行处理；

24、根据高斯滤波处理后的所述一维数组，通过恒虚警处理技术对所述一维数组进行检测获得高于恒虚警值连续段最大值点的位置，该位置为会聚区中心点位置。

25、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，所述会聚区边界获取步骤包括：

26、根据最终的会聚路径数据获得梯度数据；

27、根据所述梯度数据通过第一预设条件获得会聚区的边界点集；

28、根据所述会聚区中心点位置通过第二预设条件对所述边界点集进行筛选；

29、根据筛选后的所述边界点集确定所述会聚区中心点位置两边的范围边界。

30、上述的海表会聚区参数计算方法，其中，通过以下公式对所述传播损失数据进行反转：

31、tl_trans＝-tl+c

32、其中，tl_trans为反转后的传播损失数据，tl为反转前的传播损失数据，c为常数。

33、本发明还提供一种基于声传播损失的海表会聚区参数计算系统，其中，应用上述中任一项所述的海表会聚区参数计算方法，所述海表会聚区参数计算系统包括：

34、传播损失获取单元，根据水平声速剖面变化数据、海底地形地势变化数据以及海底沉积物参数通过声传播模型获取传播损失数据；

35、会聚路径获取单元，基于所述传播损失数据通过恒虚警处理技术和连通域技术获取会聚路径数据及会聚区数量参数；

36、会聚区中心点获取单元，基于所述会聚路径数据通过恒虚警技术确定会聚区中心点位置；

37、会聚区边界获取单元，基于所述会聚区中心点位置结合所述传播损失数据的梯度变化特性确定所述会聚区中心点位置两边的范围边界。

38、本发明相对于现有技术其功效在于：

39、1、本发明综合考虑了声速剖面随水平方向的变化，海底地质的起伏以及海底沉积物的变化对声场传播的影响，能够计算较为复杂海洋环境下的会聚区参数，适用性强。

40、2、本发明通过恒虚警检测和连通域分析方法，能够准确识别能量会聚路径，消除虚假汇聚区的影响，会聚区识别正确率高。

41、3、本发明综合考虑会聚区物理特征，通过平滑，梯度最大及边界判别等方法计算出会聚区个数、中心位置及边界等参数，计算误差小，准确度高。

42、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于声传播损失的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述传播损失获取步骤包括：

3.如权利要求2所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述传播损失获取步骤包括：

4.如权利要求1所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述会聚路径获取步骤包括：

5.如权利要求4所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述会聚路径初步识别步骤包括：

6.如权利要求5所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述会聚路径最终识别步骤包括：

7.如权利要求5所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述会聚区中心点获取步骤包括：

8.如权利要求7所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，所述会聚区边界获取步骤包括：

9.如权利要求3所述的海表会聚区参数计算方法，其特征在于，通过以下公式对所述传播损失数据进行反转：

10.一种基于声传播损失的海表会聚区参数计算系统，其特征在于，应用上述权利要求1-9中任一项所述的海表会聚区参数计算方法，所述海表会聚区参数计算系统包括：

技术总结
本发明公开了一种基于声传播损失的海表会聚区参数计算方法及系统，方法包括：传播损失获取步骤：根据水平声速剖面变化数据、海底地形地势变化数据以及海底沉积物参数通过声传播模型获取传播损失数据；会聚路径获取步骤：基于传播损失数据通过恒虚警处理技术和连通域技术获取会聚路径数据及会聚区数量参数；会聚区中心点获取步骤：基于会聚路径数据通过恒虚警技术确定会聚区中心点位置；会聚区边界获取步骤：基于会聚区中心点位置结合传播损失数据的梯度变化特性确定会聚区中心点位置两边的范围边界，通过本发明实现复杂海洋环境下水下声场会聚区的检测与识别。

技术研发人员：张帅,张成峰,苏亮,贾东宁,许佳立,韩恒敏,高扬,王成锐,贾晓艺
受保护的技术使用者：青岛国实科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15