穩(wěn)健匹配場(chǎng)反演與噪聲抑制技術(shù)研究.pdf

1、本文以淺海底質(zhì)參數(shù)的匹配場(chǎng)反演和失配環(huán)境下水面噪聲源的匹配場(chǎng)干擾抑制技術(shù)為主要的應(yīng)用背景，從淺海聲場(chǎng)的拋物方程建模分析、匹配場(chǎng)反演優(yōu)化算法的構(gòu)造、匹配場(chǎng)反演結(jié)果的不確定性評(píng)價(jià)算法的構(gòu)造、失配環(huán)境下的匹配場(chǎng)干擾抑制算法的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入的研究。主要研究?jī)?nèi)容和取得成果有： (1)依據(jù)廣義鄰域優(yōu)化算法構(gòu)造理論設(shè)計(jì)了匹配場(chǎng)反演所必須的全局優(yōu)化算法。對(duì)現(xiàn)存優(yōu)化算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，利用匹配場(chǎng)反演標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試問題選擇了構(gòu)成混合優(yōu)化算法

2、的基本算法，并根據(jù)匹配場(chǎng)反演問題的特點(diǎn)確立了混合優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)和混合原則，提出了衡量算法性能的指標(biāo)。最后利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試問題對(duì)新、舊算法的性能進(jìn)行了對(duì)比分析，表明混合尋優(yōu)算法是高效的。 (2)應(yīng)用貝葉斯分析與推斷理論，研究了匹配場(chǎng)反演結(jié)果的不確定性問題。建立了完全貝葉斯分析與經(jīng)驗(yàn)貝葉斯分析的數(shù)學(xué)模型，并討論了與不同模型相關(guān)的計(jì)算復(fù)雜性問題。用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試問題，分別就小維度參數(shù)反演問題和高維度參數(shù)反演問題進(jìn)行了詳細(xì)的定性與定量的分析。對(duì)于

3、參數(shù)數(shù)量少的小維度參數(shù)反演，重點(diǎn)分析了數(shù)值計(jì)算模型的精度。利用所導(dǎo)出的解析解，從反演頻率的高低、使用頻率的數(shù)量多少、信噪比的變化等方面檢驗(yàn)了數(shù)值模型的精確性，結(jié)果表明數(shù)值模型能完全滿足匹配場(chǎng)反演結(jié)果不確定性分析的要求。在高維參數(shù)反演的場(chǎng)合，已有的分析表明，計(jì)算復(fù)雜度與反演參數(shù)數(shù)量呈指數(shù)關(guān)系。應(yīng)用上述數(shù)值分析模型和高等統(tǒng)計(jì)模擬計(jì)算方法，導(dǎo)出了一種基于全局優(yōu)化算法的不確定性量化算法，在計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間上達(dá)到了較好的平衡。 (3)進(jìn)

4、行了匹配場(chǎng)反演方法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。運(yùn)用1993年SACLANT中心ELBA島淺水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)本文提出的算法進(jìn)行了全面的檢驗(yàn)與驗(yàn)證。利用所獲得的數(shù)據(jù)，對(duì)不同頻率范圍、不同時(shí)段的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了反演。對(duì)各種反演情況下的反演結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行了解釋。結(jié)果表明本文提出的算法能夠應(yīng)用于實(shí)際。 (4)進(jìn)行了穩(wěn)健匹配場(chǎng)噪聲抑制算法研究。對(duì)常規(guī)空域?yàn)V波器對(duì)環(huán)境參數(shù)失配敏感的原因進(jìn)行了分析，提出使用擾動(dòng)環(huán)境參數(shù)，結(jié)合具體的搜索位置