Page 203 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 Vol. 44, No. 2
2025 年 3 月 Journal of Applied Acoustics March, 2025

⋄ 研究论文 ⋄

粒子群优化算法下的多声速剖面声线计算 ∗

高江俊康 1 杨晋斌 2 池晴佳 1† 刘 宝 3 林永水 1 陈 威 4

(1 武汉理工大学物理与力学学院 武汉 430070)
(2 中国船舶集团有限公司工程管理中心 北京 100097)
(3 海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)
(4 武汉理工大学船舶与能源动力工程学院 武汉 430070)
摘要：在水下声线追踪研究中，声速剖面的变化会显著影响定位的精度。传统的声线追踪方法虽考虑了声速
随深度的改变，但忽略了声速沿水平方向的变化。该文从单声速剖面下的声线追踪法出发，结合粒子群优化
算法提出了一种定向搜索本征声线的改进算法，并对水平方向存在多个声速剖面情况下的声线及时延进行
了计算研究。根据给定的初始入射角，通过打靶法搜寻出待求本征声线的一条同形声线，再以此为基础使用
粒子群优化算法寻找本征声线。在单个声速剖面下，分别计算了正负梯度时的本征声线并和 BELLHOP 进行
了对比验证，两种情况下该文程序与 BELLHOP 的误差分别为 2.494% 和 0.924%。并且在考虑沿水平距离呈
现单独一个、等间距 4 个及等间距 8 个不同声速剖面情况下研究了本征声线的时延及结构。在距离估计仿真
中，恒等声速剖面、沿水平距离单独一个及等间距 4 个声速剖面情况下的估计结果分别为 10030 m、10030 m
和 9980 m，与真实距离的误差分别为 0.3%、0.3% 和 0.2%。结果表明声速剖面在水平距离上不同的分层结构
会影响声线时延和结构的计算结果，进而影响定位的精度。
关键词：粒子群算法；声线追踪法；打靶法；多声速剖面；射线法
中图法分类号: P733.21 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2025)02-0463-09
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2025.02.021

Particle swarm optimization algorithm for acoustic ray calculation under
multiple sound velocity profiles

2
1
1
GAO Jiangjunkang , YANG Jinbin , CHI Qingjia , LIU Bao , LIN Yongshui and CHEN Wei 4
1
3
(1 School of Physics and Mechanics, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)
(2 Engineering Management Center, China State Shipbuilding Corporation Limited, Beijing 100097, China)
(3 School of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)
(4 School of Naval Architecture, Ocean and Energy Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)

Abstract: In underwater acoustic ray tracing studies, variations in the sound velocity profile can significantly
impact the accuracy of localization. Traditional ray tracing methods take into account changes in sound veloc-
ity with depth but overlook variations in sound velocity along the horizontal direction. In this paper, based on
the acoustic ray tracing method under the single sound velocity profile, and combined with the particle swarm
optimization algorithm, an improved algorithm for directionally searching of eigen-rays is proposed, and the

2023-11-08 收稿; 2024-01-03 定稿
企、事业单位委托项目 (202214HX10)
∗
作者简介: 高江俊康 (1998– ), 男, 安徽宣城人, 硕士研究生, 研究方向: 计算海洋声学。
† 通信作者 E-mail: qingjia@whut.edu.cn