[发明专利]一种海水声速剖面延拓方法及装置

说明书

一种海水声速剖面延拓方法及装置，解决了如何利用相对较少历史海水声速剖面测量数据对海水声速剖面延拓的问题，属于海洋环境参数估计领域。本发明包括：获取历史海水声速剖面数据集和待延拓海水声速剖面数据及需要延拓到的海水深度A，历史海水声速剖面数据集包括多次测量的完整的历史海水声速剖面数据；在历史海水声速剖面数据集中筛选出海水深度大于A的历史海水声速剖面数据；选取插值间隔，按照选取的插值间隔对历史海水声速剖面数据和待延拓海水声速剖面数据进行线性插值；用经过插值的待延拓海水声速剖面数据和历史海水声速剖面数据构造待补全矩阵，应用低秩矩阵完备化算法对待补全矩阵进行补全，完成海水声速剖面延拓。

技术领域

本发明涉及一种基于低秩矩阵完备化的海水声速剖面延拓方法，属于海洋环境参数估计领域。

背景技术

海水声速剖面延拓就是根据实际测量到的海水声速垂直分布的较浅部分的信息通过各种方式给出海水声速垂直分布的较深部分的估计，海水中的声速剖面即海水声速垂直分布是影响水下声场特性的主要因素之一，以多波束测深系统为代表的各种声呐设备的正常工作都需要知道较为精确的海水声速垂直分布。目前获取海水中的声速的垂直分布的主要方法有：通过声速剖面仪或者CTD(Conductivity Temperature Depth，盐温深)等测量设备进行停航测量，以及通过投弃式海洋测量仪器如XCTD(电导率、温度、深度、剖面)等进行测量。然而声速剖面仪和CTD需要停航测量，且测量的声速剖面越深测量成本越高；而XCTD等投弃式海洋测量仪器的工作深度有限，只能测得有限深度的声速数据。因此准确的海水声速剖面延拓可以有效节约海水声速垂直分布测量成本，提高作业效率。

现有的声速剖面延拓办法主要有：

方法一：对测量的较浅数据进行多项式拟和，然后用拟和得到的多项式作为海水声速垂直分布的近似。

经过分析这种方法相当粗糙，即使在有实测数据的深度范围内估计结果都存在较大偏差，不符合实际规律。

还有一类利用WOA2018数据产品的进行全深度声速剖面的方法。这类方法有一些共同的缺点：WOA2018数据产品在制作依赖的原始测量数据，如前面所描述的，原始数据测量本身费事费力，通过直接测量得到所有地区所有深度数据不现实，且时空分布十分不均匀，即可能存在部分经纬度或部分深度没有原始数据，而WOA2018数据产品中这些位置的数据是通过插值等手段的到的，因此数据精度较低。

方法二：(1)获取目标海域的海区历史平均数据作为第一数据以及仪器设备采集的历史数据作为第二数据；

(2)对所述第一数据以及第二数据进行EOF分析得到EOF投影系数集；

(3)将所述第二数据与所述EOF投影系数集作为训练样本通过无监督的机器学习算法进行训练得到代表不同参考分类信息的神经元；

(4)获取目标海域的海区现场实测数据，计算所述海区现场实测数据与所述神经元之间的关联度，将关联度最高的神经元作为参考神经元；

(5)根据所述参考神经元以及所述海区历史平均数据重构声速剖面，得到全海深的声速剖面数据，完成目标海域的声速剖面补全。

参考公开号为CN113486574A的发明专利：基于历史数据以及机器学习的声速剖面补全方法及装置。但是经过分析可以发现方法三还存在以下缺点：

1.忽略了WOA18数据和Argo浮标数据的同源性，即WOA18数据产品在制作时所采用的原始数据包含了Argo浮标的测量数据。

2.通过机器学习方法在使用时要先经过训练，而训练本身需要有大量高质量的数据作为输入，这种数据难以获取。

发明内容

针对如何利用相对较少历史海水声速剖面测量数据对海水声速剖面延拓的问题，本发明提供一种基于低秩矩阵完备化的海水声速剖面延拓方法。