Page 171 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 贾雨晴等： 浅海复杂环境下等效声速剖面的构建方法 631

为10 m；深度搜索范围为1 ∼ 94 m，步长为1 m。设 图 18(e) 的定位模糊度表面图可以看出，使用平均
遗传算法的交叉概率为 0.65，个体数目为 150，并运 声速剖面、接收位置处声速剖面和发射位置处的声
行 10 次，取其均值，作为反演得到的参数。将先验 速剖面三种情况定位效果相似，当运用具有距离累
声速剖面集内水平变化的声速剖面作为输入参数， 积效应的等效声速剖面 (图 18(b)) 进行定位时，其
通过 RAM 程序计算得到先验声场，并通过 krakenc 定位准确度明显高于其他三种情况，且具有抑制旁
模型计算得到理论声场。 瓣的效果。
假设先验声速剖面集后，1 h 的声速剖面为实 由图 18 和表 1 可以看出，由于声速剖面水平非
时声速剖面，并取内波速度为 1.5 m/s，最大传播距 均匀变化，在先验声速剖面集后 2 h，使用平均声
离内共含有 111 条实测声速剖面，则得到声速剖面 速剖面或定点处 (接收位置或发射位置处) 的声速
随距离变化关系如图17所示。 剖面均无法准确实现声源定位，而通过遗传算法对
声速剖面进行反演，从而得到水平非均匀环境下的
0
1540 等效声速剖面可以完成匹配场定位，且定位准确度
10
都能达到96.7%以上。虽然在先验声速剖面集后1h
20
1535
30 后，使用发射位置处的声速剖面定位较为准确，但并
ງए/m 40 1530 不能简单的定性为使用发射位置处的声速剖面定
50
位性能较好，因为在先验声速剖面集后 2 h，使用发
60 1525
70 射位置处的声速剖面已经无法准确定位。
80 1520 由于在实际实验中，无法获得准确度试验海区
90 的平均声速剖面，大多数情况下，可以获得定点的声
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ᡰሏ/km 速剖面，运用该方法，可以在获取少量先验声速剖面
的基础上，近似得到该试验海区的等效声速剖面，便
图 17 声速剖面随距离变化图
于进行后续的计算处理。
Fig. 17 Pseudo-color map of sound speed profile
为了获得反演得到的等效声速剖面与实时声
with distance variation
速剖面簇的关系，运用均方根误差来表示等效声速
反演所得到的等效声速剖面是重构得到的，与 剖面与实时声速剖面集的偏差，定义均方根误差为
原始的声速剖面都不相同，如图 18(a) 所示，灰色线 v
u N
组为先验声速剖面集，蓝色线为平均声速剖面，红 RMSE = u 1 ∑ |c(z i ) − ˆc(z i )| , (13)
2
t
N
色线为反演得到的声速剖面。图 18(b)∼ 图 18(e) 为 i=1
等效声速剖面与平均声速剖面、接收位置处和发 式 (13) 中，c(z i ) 代表实时声速剖面簇，ˆc(z i ) 代表反
射位置处声速剖面的定位结果对比图，由图 18(c)∼ 演所得到的等效声速剖面，z i 代表深度。
表 1 定位性能比较
Table 1 Positioning performance comparison

定位位置 深度准确度/% 距离准确度/% 主旁瓣比
先验
声速 等效声速剖面 声源 4 km, 29 m 96.7 100 4.63
距离
剖面 平均声速剖面 2.54 km, 27 m 90 63.5 4.32
4 km，
集后 接收位置处 2.56 km, 27 m 90 64 4.40
2 h 深度
发射位置处 2.5 km, 28 m 93.3 62.5 4.36
30 m
定位位置 深度准确度/% 距离准确度/% 主旁瓣比
先验
声速 等效声速剖面 声源 4 km, 29 m 96.7 100 4.39
距离
剖面 平均声速剖面 2.52 km, 28 m 93.3 63 4.27
集后 接收位置处 4 km， 2.53 km, 27 m 90 63.25 4.34
1 h 深度
发射位置处 30 m 3.96 km, 29 m 96.7 99 4.46