[发明专利]基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法

说明书

本发明公开了一种基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法，该方法利用海洋内背景声源作为非协作声源目标，使用超低频矢量水听器拾取目标声源的三维信息，跟踪目标声源信号垂直维掠射角的变化，结合海洋内波声学起伏特征，实现海洋内波实时监测。该方法通过水平维目标方位估计确定非协作声源目标，通过求取目标声源的垂直维掠射角，保持跟踪锁定，一旦目标的垂直维掠射角发生异常跳变，则与设定的跳变范围进行对比识别，从而达到内波的预警监测。本方法步骤简单，仪器布放回收便捷，监测效果佳，在内波监测领域具有较好的工程实用价值。

技术领域

本发明属于海洋内波监测技术领域，具体是使用时-空-频三维跟踪算法对监测海域内的非协作声源目标实时跟踪反演海洋内波的监测及预警方法。

背景技术

海洋内波是发生在密度稳定层化的海水内部的一种波动，在海洋内部其振幅范围一般为几米到几十米，波长为几百米至几千米，周期为几分钟至几十小时，海洋内波对人类海洋活动极具威胁性和破坏性。目前国内外海洋内波检测方法主要有两种：一是采用锚系仪器阵列，走航拖曳仪器，中性浮子探测和声学仪器等，通过检测海水流变引起的物理变化来获取和检测内波信息。另一种检测内波的方式是通过卫星遥感观测，通过获取内波在波峰后和波谷后处产生的辐聚和辐散现象，来实现内波发现与跟踪。然而，利用海水流变检测内波的技术存在诸多问题：锚系仪器阵列在细结构方面存在严重缺陷，其安装仪器有限，不可能获得足够长的物理垂向和水平空间序列，且锚系链容易受海流拖拽力影响发生摇晃，多普勒影响显著。走航拖曳仪器测量的缺点在于成本高，随机性强，检测海域范围小，同样无法做到全自主实时检测。卫星遥感观测进行内波检测主要通过合成孔径雷达来实现，其最大优点是能做到大面积实时观测，但是该方法仅反映在影响到海水表层的特定内波，不能对隐藏于海底的内波进行直接、连续的观测，且SAR观测精度受海面状况的制约较大。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法，搜索海洋背景声场中的非协作声源目标信号，计算目标信号的垂直维掠射角，跟踪目标信号的时-空-频角度的变化反演内波，方法简单，成本低，监测效果好。

本发明所述的基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法，步骤如下：

(1)将超低频矢量水听器放于海底，拾取海洋背景声场信息。

(2)根据声压和质点振速联合信息处理方法，利用水平维目标方位估计搜索非协作声源目标。

(3)根据锁定的非协作声源目标，计算目标信号的垂直维掠射角α。

(4)跟踪目标声源信号时-空-频三维角度变化，绘制时间(t)-频率(f)-方位(α)图，直观的通过图上垂直方位角的跳变来判断内波的到来，通过上位机显示在软件界面。

(5)若监测范围内出现内波，将引起三维声速剖面的变化、声场的起伏，跟踪的目标信号源声能流强度改变，引起目标垂直维掠射角发生异常跳变，从而达到内波的预警监测。

本发明的优势在于：内波成因复杂，直接监测较为困难，准确度较低，本发明利用跟踪海洋内非协作声源目标的垂直维掠射角变化来反演内波，可以简单快速的监测内波活动，误差小，反应迅速，监测内波距离范围为5km。

附图说明

图1(a)是正常海洋背景状态内波监测示意图，

图1(b)是内波来袭状态内波监测示意图；

图2是基于声矢量场处理的海洋内波预警监测方法原理图；

图3是目标方位估计三维声源声能流示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。