基于BP神经网络的非等效声速剖面反演

1

作者 于佩衡 《电声技术》 2024年第7期52-54,共3页

声速剖面反演基于历史数据获取声速剖面,是海洋环境声层析中的一种方法。传统声速剖面反演法很难获取大面积海域的非等效声速剖面,得出的结果一般都是等效声速剖面。为解决该问题,提出一种基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的... 声速剖面反演基于历史数据获取声速剖面,是海洋环境声层析中的一种方法。传统声速剖面反演法很难获取大面积海域的非等效声速剖面,得出的结果一般都是等效声速剖面。为解决该问题,提出一种基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的非等效声速剖面反演方法。对比结果表明,该方法能有效反演非等效声速剖面并且反演结果相比传统声速剖面反演具有更高的精度。 展开更多

关键词 声速剖面反演 反向传播(BP) 非等效声速剖面

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基于声线到达时差的浅海声速剖面反演 被引量：19

2

作者 张忠兵 马远良 +1 位作者 倪晋平 童 立 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期36-39,共4页

提出了采用声线到达单个水听器到达时间差反演浅海声速剖面的方法，并给出了具体算法。根据仿真观测数据，采用该方法反演得到声速剖面与声速剖面真值之间误差的均方根为＝1.04 m/s、平均值为1．87 m/s。研究结果表明该反演方法可以用... 提出了采用声线到达单个水听器到达时间差反演浅海声速剖面的方法，并给出了具体算法。根据仿真观测数据，采用该方法反演得到声速剖面与声速剖面真值之间误差的均方根为＝1.04 m/s、平均值为1．87 m/s。研究结果表明该反演方法可以用于反演浅海声速剖面。 展开更多

关键词 到达时间差 浅海声速剖面 反演 声线 海洋声学

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浅水声速剖面的反演方法与实验验证 被引量：17

3

作者 沈远海 马远良 +2 位作者 屠庆平 姜小权 朱治富 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期212-215,共4页

提出一种在浅水域进行声速剖面反演的方法。通过将某地浅水声速剖面用经验正交函数(EOF)进行表示 ,利用一个很短的垂直线列阵接收声源信号 ,估计信号的多途到达角结构 (DOA) ,以到达角结构的误差为代价函数 ,对实测的声速剖面进行了反... 提出一种在浅水域进行声速剖面反演的方法。通过将某地浅水声速剖面用经验正交函数(EOF)进行表示 ,利用一个很短的垂直线列阵接收声源信号 ,估计信号的多途到达角结构 (DOA) ,以到达角结构的误差为代价函数 ,对实测的声速剖面进行了反演。实验结果表明 展开更多

关键词 反演 声速剖面 水声工程 声场环境

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由传播时间反演海水中的声速剖面 被引量：27

4

作者 唐俊峰 杨士莪 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期733-736,756,共5页

海水中的声速剖面对声传播有比较重要的影响.利用海上实验的实际数据由声信号的传播时间反演海水中的声速剖面.用经验正交函数表示声速剖面,根据选取的代价函数应用遗传算法搜索最优解.为了提高反演算法的性能,快速反演获得海水中的声... 海水中的声速剖面对声传播有比较重要的影响.利用海上实验的实际数据由声信号的传播时间反演海水中的声速剖面.用经验正交函数表示声速剖面,根据选取的代价函数应用遗传算法搜索最优解.为了提高反演算法的性能,快速反演获得海水中的声速剖面,在射线声学理论下,对传播时间的计算方法进行了改进,有效降低了算法的计算量.利用海上实验的实际数据反演获得的声速剖面与实验时直接测量获得的声速剖面相比较,误差小于2‰.反演结果与实测结果基本相符. 展开更多

关键词 声速剖面 经验正交函数 反演 传播时间

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浅海中沉积层参数对多途到达时差反演声速剖面的影响 被引量：4

5

作者 张忠兵 马远良 +1 位作者 鄢社锋 张忠兵 《应用声学》 CSCD 北大核心 2002年第3期11-17,共7页

本文以简正波模型和声线模型为基础,通过计算机仿真,研究了浅海多途到达时延差结构与沉积层密度、声速、传播损失系数等参数的关系。针对100m左右浅海和600－1300Hz的信号频率,对两种模型仿真结果进行了比较。结果表明,声线模型仿真得... 本文以简正波模型和声线模型为基础,通过计算机仿真,研究了浅海多途到达时延差结构与沉积层密度、声速、传播损失系数等参数的关系。针对100m左右浅海和600－1300Hz的信号频率,对两种模型仿真结果进行了比较。结果表明,声线模型仿真得到的多途到达时延差结构与简正波模型仿真的结果基本一致。沉积层参数失配对基于声线模型的多途到达时差反演SSP的影响为:反演声速剖面的均方根误差的变化小于1.45m/s,平均误差的变化小于2．60m/s。这说明,在所使用的频段内,浅海沉积层参数对多途到达时差反演浅海声速剖面的影响不大,工程应用中可以忽略不计。 展开更多

关键词 多途到达时差 声速剖面 沉积层参数 海洋声学反演 海洋 温度变化 监测

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循环神经网络在浅海声速-声源联合反演中的应用 被引量：2

6

作者 王同 苏林 +2 位作者 任群言 王文博 马力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1133-1139,共7页

利用序贯滤波对时变声速剖面进行反演追踪,通常会将声速剖面的时变特性描述为一阶随机游走过程。为了使状态方程更好的预测状态变量的走向,本文利用循环神经网络学习历史水文数据,对浅海环境下的时变声速剖面进行建模,利用集合卡尔曼滤... 利用序贯滤波对时变声速剖面进行反演追踪,通常会将声速剖面的时变特性描述为一阶随机游走过程。为了使状态方程更好的预测状态变量的走向,本文利用循环神经网络学习历史水文数据,对浅海环境下的时变声速剖面进行建模,利用集合卡尔曼滤波进行对声速剖面的反演,并对声源进行定位。结果相较于使用一阶随机游走过程的联合反演结果误差更小,在声源深度上均方根误差有着80%的降低,声速剖面反演结果误差有着38.2%的降低。本文通过实测声速剖面的仿真声学数据验证了该方法的可行性。 展开更多

关键词 机器学习 循环神经网络 序贯滤波 集合卡尔曼滤波 声速剖面 声速剖面反演 水下目标 水声定位

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采用小生境遗传算法反演浅海声速剖面研究 被引量：6

7

作者 崔宝龙 徐国军 +1 位作者 笪良龙 过武宏 《应用声学》 CSCD 北大核心 2021年第2期279-286,共8页

针对浅海声速剖面反演问题,采用小生境遗传算法,结合声线搜索的最快本征声线匹配反演,实现浅海负跃层条件下的声速剖面估计。利用经验正交函数对声速剖面的多参数不确定性降维,依据声场计算模型获取的最快特征声线传播时延与观测声传播... 针对浅海声速剖面反演问题,采用小生境遗传算法,结合声线搜索的最快本征声线匹配反演,实现浅海负跃层条件下的声速剖面估计。利用经验正交函数对声速剖面的多参数不确定性降维,依据声场计算模型获取的最快特征声线传播时延与观测声传播时长进行匹配,采用小生境遗传优化算法,获取最优经验正交函数估计,实现声速剖面反演。按上述方法反演处理浅海声传播实验数据,结果表明,该方法针能够有效反演浅海声速剖面,并且显著优于传统遗传算法反演结果。 展开更多

关键词 声层析 声速剖面反演 小生境遗传算法

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基于内波统计特性的声速剖面预测方法 被引量：4

8

作者 苏林 孙炳文 +4 位作者 胡涛 任群言 王文博 郭圣明 马力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期859-865,共7页

针对浅海内波环境下的声速剖面预测问题,本文提出了一种基于内波环境下时序声速剖面统计特征的声速剖面智能预报方法。通过分析有无内波情形下时序声速剖面的经验正交分解系数分布特点,给出内波存在时的特有分布特征,以此为基础,将声速... 针对浅海内波环境下的声速剖面预测问题,本文提出了一种基于内波环境下时序声速剖面统计特征的声速剖面智能预报方法。通过分析有无内波情形下时序声速剖面的经验正交分解系数分布特点,给出内波存在时的特有分布特征,以此为基础,将声速剖面的预报问题简化为单一参数的时间序列预测问题。结合长短时记忆循环神经网络处理时间序列数据中长距离依赖信息的能力,实现内波环境下声速剖面的实时预测,对试验数据预测结果与测量值符合较好,最大均方根误差1.3 m/s。 展开更多

关键词 内波 统计特性 经验正交函数 长短时记忆 声速剖面 时间序列预测 神经网络 循环神经网络

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经验正交函数与广义数值环境模式重构声速剖面的比较 被引量：6

9

作者 张旭 张永刚 +1 位作者 张胜军 吴世华 《应用声学》 CSCD 北大核心 2010年第2期115-121,共7页

本文利用Argo资料对经验正交函数(EOF)和GDEM模式拟合声速剖面的效果进行了比较。结果表明,两种方法都能较好地重构局地声速剖面。EOF方法的拟合精度与选取的EOF阶数有关,阶数越高,精度越高;GDEM模式的拟合精度介于EOF的前5阶到前10阶... 本文利用Argo资料对经验正交函数(EOF)和GDEM模式拟合声速剖面的效果进行了比较。结果表明,两种方法都能较好地重构局地声速剖面。EOF方法的拟合精度与选取的EOF阶数有关,阶数越高,精度越高;GDEM模式的拟合精度介于EOF的前5阶到前10阶之间。EOF易受到样本数量和采样深度的限制,难以提供完整的声速剖面;而GDEM模式能够将剖面扩展到更深的深度,与仅有上层海洋采样数据的声速剖面相比,结合深海水团的信息可使拟合结果达到更高的精度。 展开更多

关键词 声速剖面 经验正交函数(EOF) 广义数值环境模式 地转海洋学实时观测阵

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浅海复杂环境下等效声速剖面的构建方法 被引量：5

10

作者 贾雨晴 苏林 +2 位作者 莫亚枭 郭圣明 马力 《应用声学》 CSCD 北大核心 2019年第4期623-634,共12页

针对浅海复杂环境声速剖面水平变化情况下的声传播损失预报及目标定位问题,提出了一种基于遗传算法的等效声速剖面重构算法。首先,将声速剖面进行时间和空间上的分解,从而将声速剖面抽象为对声速剖面前三阶正交函数系数的反演;其次,利... 针对浅海复杂环境声速剖面水平变化情况下的声传播损失预报及目标定位问题,提出了一种基于遗传算法的等效声速剖面重构算法。首先,将声速剖面进行时间和空间上的分解,从而将声速剖面抽象为对声速剖面前三阶正交函数系数的反演;其次,利用遗传算法,以先验声速剖面集为基础,进行参数反演。仿真结果表明,在浅海复杂条件下,传播损失预报受声速剖面及海洋参数的影响,不能直接运用接收或发射位置处的声速剖面进行传播损失预报,否则会对预报结果造成误差。通过构建具有声传播累积效应的等效声速剖面可以提高匹配场定位精度,完成目标定位,且在构建等效声速剖面时,接收位置处即本地声速剖面所占权重较大。 展开更多

关键词 等效声速剖面 地声参数反演 遗传算法

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基于注意力机制的全海深声速剖面预测方法 被引量：6

11

作者 王同 苏林 +3 位作者 任群言 王文博 贾雨晴 马力 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期726-736,共11页

海水中的声速剖面具有明显的时间演化特性,其预测问题可以看作一个非线性的时间序列预测问题。解决此类问题的常用方法大多使用预定义的非线性形式,无法捕捉真正潜在的非线性关系。循环神经网络作为一种为序列建模特别设计的深度神经网... 海水中的声速剖面具有明显的时间演化特性,其预测问题可以看作一个非线性的时间序列预测问题。解决此类问题的常用方法大多使用预定义的非线性形式,无法捕捉真正潜在的非线性关系。循环神经网络作为一种为序列建模特别设计的深度神经网络,在捕捉非线性关系上具有极大的灵活性,在非线性自回归的时间序列预测这一问题上展现了它的有效性;注意力机制能够从众多信息中选择出对当前任务目标最关键的信息,对多变量时间序列在时空维度上的非线性关系进行捕捉。该文利用深度学习中的循环神经网络,添加双层注意力机制构建多变量时间序列预测模型,对浅海环境下时变的全海深声速剖面进行预测。多个模型的预测结果表明,该模型相对于单纯的编码-解码模型有着明显的预测性能提升,并且注意力权重的分布能够与实际物理现象相关联,为水声学中物理模型与机器学习的结合提供了新的思路。 展开更多

关键词 深度学习 循环神经网络 注意力机制 声速剖面预测

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水下声速场构建方法综述 被引量：4

12

作者 黄威 高凡 +1 位作者 王君婷 徐天河 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2005-2017,共13页

实时、精确地构建区域声速场是建设水下综合定位、导航、授时与通信体系的重要组成部分。本文梳理并分析了水下声速场构建领域的研究现状,总结了声速剖面直接测量方法与反演方法。声速反演法相比于直接测量法具有更高的便捷性和可接受... 实时、精确地构建区域声速场是建设水下综合定位、导航、授时与通信体系的重要组成部分。本文梳理并分析了水下声速场构建领域的研究现状,总结了声速剖面直接测量方法与反演方法。声速反演法相比于直接测量法具有更高的便捷性和可接受的精度性能。然而,声速反演方法依赖于声呐观测数据,因此难以适用于无水下观测系统覆盖的地区,并且无法对未来时刻的声速分布进行预测。如何在无声场观测数据情况下,综合利用历史先验信息进行智能化、高精度地全海深声速场构建,弹性化为水下用户提供不同精度、实时性需求的声速分布估计服务,是未来声速场构建研究主流趋势。 展开更多

关键词 水下声速场 声速剖面反演 射线声学理论 匹配场处理 正交经验函数分解 启发式算法 压缩感知 深度学习 神经网络

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基于波恩近似的二维浅海声层析 被引量：1

13

作者 陈德铭 李风华 《声学技术》 CSCD 2014年第4期292-298,共7页

目前的海洋声层析方法主要针对深海环境或水平不变浅海环境,对于水平剧变的二维浅海声层析问题仍未提出实用有效的方法。提出一种二维浅海声层析方法并讨论其理论可行性。其主要的思路是将一个水平变化的浅海环境等效为一个水平不变的... 目前的海洋声层析方法主要针对深海环境或水平不变浅海环境,对于水平剧变的二维浅海声层析问题仍未提出实用有效的方法。提出一种二维浅海声层析方法并讨论其理论可行性。其主要的思路是将一个水平变化的浅海环境等效为一个水平不变的背景环境叠加微弱的扰动,由波动方程推导出声速扰动与格林函数扰动之间的关系式,引用波恩近似解决两者之间的非线性问题,将反演过程简化为线性方程组的求解过程;后期针对该方法的局限性做进一步改进,包括引入迭代思路及使用一定的先验知识并提取经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)。数值仿真实验说明该方法对局部的小幅度扰动甚至是孤立子内波的反演结果都具有较高的分辨率,初步验证了该方法的理论可行性。 展开更多

关键词 反演 二维浅海声层析 波恩近似 声速剖面 经验正交函数

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微扰法声速剖面反演改进算法 被引量：4

14

作者 郑广赢 黄益旺 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期371-377,共7页

为了降低传播时间测量误差对微扰法声速剖面反演精度的影响,本文提出了一种基于微扰法的声速剖面反演改进算法。该算法通过调整平均声速剖面以增大声速扰动量,进而增大声速扰动所引起声线传播时间的扰动量,降低了测时误差对反演算法的影... 为了降低传播时间测量误差对微扰法声速剖面反演精度的影响,本文提出了一种基于微扰法的声速剖面反演改进算法。该算法通过调整平均声速剖面以增大声速扰动量,进而增大声速扰动所引起声线传播时间的扰动量,降低了测时误差对反演算法的影响,提高了反演算法对声速扰动的敏感性。数值算例表明,相同条件下传统微扰法反演的声速剖面的最大误差为1.478 m/s,而改进算法的最大误差降低至0.403 m/s,验证了改进算法可以有效降低传播时间测量误差对声速剖面反演结果的影响,比微扰法的反演精度更高。 展开更多

关键词 声速剖面 微扰法 反演 经验正交函数(EOF) 声线传播时间 测时误差

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利用直达波和海面反射波到达时延反演深海声速剖面 被引量：2

15

作者 余炎欣 李晟昊 +1 位作者 季桂花 李整林 《声学技术》 CSCD 北大核心 2022年第4期512-517,共6页

研究了利用直达波与海面反射波到达时延反演深海声速剖面的方法,采用最严经验模态方法组织利用历史水文数据并进行反演,并利用2016年南海中南部冬季调查的实验数据进行了验证。反演结果与实测声速剖面在深度小于710 m处的平均绝对误差... 研究了利用直达波与海面反射波到达时延反演深海声速剖面的方法,采用最严经验模态方法组织利用历史水文数据并进行反演,并利用2016年南海中南部冬季调查的实验数据进行了验证。反演结果与实测声速剖面在深度小于710 m处的平均绝对误差的最大值为2.15 m·s^(-1),反演结果与实测值基本相符。 展开更多

关键词 到达时延 声速剖面反演 最严经验模态

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利用字典学习的浅海被动声层析 被引量：1

16

作者 汪恺 李风华 杨习山 《声学技术》 CSCD 北大核心 2022年第5期637-641,共5页

针对被动海洋声层析,提出了一种利用字典学习从海洋环境噪声反演浅海声速剖面的方法。首先,通过海洋噪声互相关函数提取出两个水平阵列间的经验格林函数;其次,通过字典学习从数据生成字典矩阵来稀疏表征声速剖面;最后通过搜索稀疏的系... 针对被动海洋声层析,提出了一种利用字典学习从海洋环境噪声反演浅海声速剖面的方法。首先,通过海洋噪声互相关函数提取出两个水平阵列间的经验格林函数;其次,通过字典学习从数据生成字典矩阵来稀疏表征声速剖面;最后通过搜索稀疏的系数来实现对浅海声速剖面的反演。通过南海实验数据对本方法进行了验证,相对于传统被动海洋声层析方法实际反演结果的均方根误差降低为0.53 m·s^(-1)。而且搜索参数更少,同时具有较高的准确性。 展开更多

关键词 格林函数 字典学习 声速剖面反演

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声速剖面快速反演浮标系统与算法研究 被引量：1

17

作者 张维 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期879-884,共6页

为了快速获取大面积海域声速剖面(SSP),介绍了一套具有全球差分定位(DGPS)、短波通信等功能的声纳浮标系统。传统的基于声传播时间的声速剖面反演,由于需要搜索不同声速剖面时的特征声线,存在速度慢的问题。为此,提出采用微扰法快速计... 为了快速获取大面积海域声速剖面(SSP),介绍了一套具有全球差分定位(DGPS)、短波通信等功能的声纳浮标系统。传统的基于声传播时间的声速剖面反演,由于需要搜索不同声速剖面时的特征声线,存在速度慢的问题。为此,提出采用微扰法快速计算声传播时间,并以之为代价函数反演了南海某海域声速剖面。实验结果表明:该声纳浮标在4级海况下具有良好的可靠性与稳定性;与传统方法相比,虽然微扰法反演的精度下降了近1倍,但是计算时间由10 h减少到了3 s;文中所提出的声纳系统与反演算法能满足声速剖面海上实时监测的要求。 展开更多

关键词 声学 声速剖面反演 微扰法 声纳浮标 声传播时间

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基于微扰法的快速声速剖面反演 被引量：1

18

作者 张维 杨士莪 +1 位作者 黄益旺 宋扬 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1287-1291,共5页

传统的基于声传播时间的声速剖面反演需要多次搜索不同声速剖面条件下的特征声线,降低了声速剖面反演的速度.通过一个简单的近似,微扰法将实际声传播时间表示为背景声速下的声传播时间与扰动项之和,从而使得声速剖面反演由原来的非线性... 传统的基于声传播时间的声速剖面反演需要多次搜索不同声速剖面条件下的特征声线,降低了声速剖面反演的速度.通过一个简单的近似,微扰法将实际声传播时间表示为背景声速下的声传播时间与扰动项之和,从而使得声速剖面反演由原来的非线性优化问题转化为线性方程组的求解形式.实验数据处理结果表明,与传统方法相比,虽然微扰法反演的精度下降了近50%,但是计算时间由10h减少到了3s,从而实现声速剖面海上实时监测. 展开更多

关键词 微扰法 声速剖面反演 传播时间 特征声线

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扩展经验正交函数沿海声层析的声速反演

19

作者 张姚滢 王洁 +2 位作者 郑红 徐英超 尹会听 《声学技术》 CSCD 北大核心 2019年第6期617-622,共6页

为了实现沿岸海域声速的实时连续监测,针对目前单收发换能器沿海声层析系统的剖面反演声线不足和接收信号不稳定的问题,提出了双收发换能器沿海声层析(Double-transcever Coast Acoustical Tomography,DCAT)系统。通过计算机进行仿真模... 为了实现沿岸海域声速的实时连续监测,针对目前单收发换能器沿海声层析系统的剖面反演声线不足和接收信号不稳定的问题,提出了双收发换能器沿海声层析(Double-transcever Coast Acoustical Tomography,DCAT)系统。通过计算机进行仿真模拟,结果表明DCAT系统声速反演精度提高了一个数量级,验证了该系统对存在问题的改善及其有效性。在声速反演过程中,通过使用扩展经验正交函数(Extension Empirical Orthogonal Function,EEOF)表示声速剖面,实现了剖面全水深的声速反演。DCAT系统的提出和EEOF方法的应用,为海上实时连续观测系统的建立及数据处理,提供了理论基础和有效的实施方法。 展开更多

关键词 双收发换能器沿海声层析系统 扩展经验正交函数 声速剖面反演

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