基于高斯射线束法深海匹配场定位方法研究

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匹配场方法是目前水声目标被动定位重要手段之一,具有很强的应用背景。匹配场中拷贝场计算方法的精度和速度对定位效果和定位效率有着直接的影响。目前浅海中常用的拷贝场计算方法如简正波法、抛物方程近似法等在深海中往往存在计算效率不够、内存需求大等问题,难以满足实际应用的需求。因此,在满足一定精度要求的条件下,选择一个高效的深海拷贝场计算方法对匹配场方法应用至关重要。  本文提出了基于高斯射线束法的深海匹配场定位方法。高斯射线束法是基于射线理论发展而来的一种声场计算方法,具有计算速度快,物理意义清晰,易于并行化处理等优点,非常适合于深海声场计算。本文首先从计算时间和内存占用情况两个方面分析了高斯射线束法Bellhop计算程序同简正波法(KrakenC程序)和抛物方程法(RAM程序)相比较的计算优势,设计和实现了Bellhop计算程序在MPI平台上的并行算法,证明了该程序具有很高的并行效率,非常适合并行计算。然后,通过仿真算例,验证了在海深水平不变和水平缓变两种不同环境下利用高斯射线束法计算拷贝场定位的可行性,同时考察了该方法在较低频段的适用性。最后,选用了三次有代表性的深海实验数据,对高斯射线束法计算拷贝场的匹配场定位进行了进一步的验证和分析。  在深海环境中,无论是完全深海声道环境,还是不完全深海声道环境,都存在着周期性的相似结构,会导致匹配场定位中出现会聚区模糊和定位错误的问题。本文在2011年海试数据的基础上,从射线角度和简正波角度对深海海底反射区的周期性相似结构进行了分析,提出了一种利用简正波簇分离手段进行匹配场定位区分会聚区的匹配场定位方法。
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