[发明专利]一种基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法

权利要求书

1.一种基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在海上平台所在海域设置水听器和坐底发射换能器，采集实测声压值；

S2、对流体动力方程进行求解，得到海上平台海域的斜压模态；

S3、根据斜压模态，构建海水声速方程；

所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、根据海上平台海域的斜压模态，构建水质子运动方程；

S32、根据物态方程和水质子运动方程，得到海水温度扰动；

S33、根据海水温度扰动和海水盐度对海水声速的影响，构建海水声速经验方程；

S34、根据海水声速经验方程，计算背景声速值；

S35、根据背景声速值、斜压模态和海水温度扰动，构建海水声速方程；

所述步骤S31中水质子运动方程为：

其中，W为水质子的流速，为第n阶斜压模态，b_n为第n阶斜压模态权重；

所述步骤S32中物态方程为：

其中，T为海水温度扰动，t为时间，W为水质子的流速，z为海深，为偏导；

所述步骤S32中海水温度扰动的表达式为：

其中，T为海水温度扰动，z为海深，为第n阶斜压模态，b_n为第n阶斜压模态权重；

所述步骤S33中海水声速经验方程为：

其中，c为海水声速，T为海水温度扰动，S为海水盐度，z为海深；

所述步骤S35中海水声速方程为：

其中，c为海水声速，c₀为背景声速值，T为海水温度扰动，为第n阶斜压模态，z为海深，a_n为第n阶声速基函数系数；

S4、将海水声速方程进行变换，得到斜压模态幅度与海水声速关系式；

S5、根据实测声压值，以及斜压模态幅度与海水声速关系式，采用遗传算法对斜压模态幅度进行求解，得到斜压模态幅度值；

S6、根据斜压模态幅度值，对内孤立波进行监控并预警。

2.根据权利要求1所述的基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法，其特征在于，所述步骤S2中流体动力方程为：

其中，W为水质子的流速，z为海深，ε为相速度，N为浮力频率。

3.根据权利要求1所述的基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法，其特征在于，所述步骤S4中斜压模态幅度与海水声速关系式为：

其中，c为海水声速，c₀为背景声速值，为第n阶斜压模态，d_n为第n阶斜压模态的幅度。

4.根据权利要求1所述的基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下分步骤：

S51、将多个斜压模态的幅度构建为种群个体，并赋予种群中个体初值；

S52、将个体值带入斜压模态幅度与海水声速关系式，得到声速值；

S53、将个体值对应的声速值带入简正波计算模型Kraken，得到两个坐底发射换能器处的拷贝场声压值；

S54、根据两个水听器实时采集的信号，得到两个水听器的实测声压值；

S55、根据匹配场处理的办法，将两个拷贝场声压值与两个实测声压值进行匹配，构建代价函数；

S56、根据代价函数，计算拷贝场声压值和实测声压值的相关程度值；

S57、判断相关程度值是否小于阈值，若是，则当前的个体值为所需的斜压模态幅度值，结束分步骤，若否，则跳转至步骤S58；

S58、对种群中的个体进行交叉和变异，得到新的个体值，并跳转至步骤S52。

5.根据权利要求4所述的基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法，其特征在于，所述步骤S55中代价函数为：

其中，D为相关程度值，p₁为第一实测声压值，p₂为第二实测声压值，k₁为与第一实测声压值p₁匹配的第一拷贝场声压值，k₂为与第二实测声压值p₂匹配的第二拷贝场声压值，*为共轭符号，||为取模运算。

6.根据权利要求1所述的基于斜压模态的海上平台内孤立波预警方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下分步骤：

S61、将第1阶斜压模态幅度值和第2阶斜压模态幅度值分别对时间求偏导，得到第一幅度变化曲线和第二幅度变化曲线；

S62、当第一幅度变化曲线与第二幅度变化曲线在横坐标上存在三个不连续的交叉点，则判定海上平台所在的监控区域出现内孤立波，并进行预警，其中，横坐标为时间，纵坐标为斜压模态幅度值。