一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，利用实测密度剖面计算得到本征模态解；依据温度链观测结果获取当前密度剖面条件下水下目标水下波动场的垂直位移、水平传播速度；利用最小二乘法和形态级数解项拟合级数解系数，整理得到最终的融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹。采用解析和实际观测数据相结合的方法，融合海上实测数据对水下目标V型内波尾迹进行仿真，在复原水下目标航行扰动特性的基础上即降低了数值计算量，又提高了仿真结果精度。又提高了仿真结果精度。又提高了仿真结果精度。

【技术实现步骤摘要】
一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法


[0001]本专利技术涉及海洋目标探测
，具体而言，涉及一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法。

技术介绍

[0002]水下目标在海面上产生的水动力尾迹主要有表面波、伯努利峰丘、漩涡以及V型内波。其中V型内波尾迹是发生在密度稳定层化的水体内部的一种波动，其周期长、影响范围广，存留时间长，基于V型内波尾迹的水下目标遥感探测具有探测范围广的优势，其机理、传播特征研究是流体力学研究热点之一。尾迹预报方法主要是解析方法和粘流数值预报方法，粘流数值预报结果精度较高，而遥感探测尾迹研究将覆盖10～20公里，范围大大扩展，粘流数值计算方法难以满足其计算域要求，而解析方法可实现广域内波尾迹远场快速预报，但仿真结果精度依赖于等效的移动质量源，为了提升仿真精度，急需一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，采用解析和实际观测数据相结合的方法，意在对水下目标V型尾迹进行仿真时，在复原水下目标航行扰动特性的基础上，实现数值计算量的降低，并提高仿真结果精度。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，以实现对分层流中运动水下目标尾流场的研究。
[0004]为了实现上述技术目的，本申请提供了一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，包括以下步骤：
[0005]基于海上实测的CTD观测数据，提取参与求解模态级数的实测密度剖面，并进行深度分层形成映射数据，获取在当前密度剖面和水下目标航深条件下的本征模态解；
[0006]基于温度链观测结果，获取在不同密度剖面及海深、航速条件下的波动场的第一参数，同时获取水下目标的第二参数，其中，所述第一参数包括所述波动场的垂直位移、水平传播速度，所述第二参数包括所述水下目标的长度、半径和航深；
[0007]基于所述本征模态解，依据所述第一参数和所述第二参数，获取所述第一参数的形态级数解项，并根据温度链观测深度波动信息时间离散数量，通过最小二乘法拟合，获取级数解系数；
[0008]将所述级数解系数，带入到形态级数解，对所述水下目标的V型内波尾迹进行仿真。
[0009]优选地，在获取映射数据的过程中，对所述CTD观测数据进行深度校正和滤波处理后，进行拉格朗日插值后，将所述实测密度剖面进行深度分层，形成K*2维的所述映射数据，其中，K表示密度剖面深度分层数，2表示映射数据为深度和密度2列长度为K的数据。
[0010]优选地，在获取本征模态解的过程中，所述本征模态解表示为：
[0011][0012]其中，φ
m
(z)和ω
m
均表示本征模态解，β即β
m
为1,2,
…
,K，m表示级数项，z表示水下目标航深，H表示海深，N表示浮频率，即z深度上浮频率N(z)的简写。
[0013]优选地，在获取本征模态解的过程中，通过所述映射数据，获取所述浮频率，其中，所述浮频率表示为：
[0014][0015]其中，ρ0(z)表示为指定z深度的密度值，
△
z表示为深度间距，ρ0(z+Δz)表示为z+
△
z深度的密度值。
[0016]优选地，在获取第一参数的过程中，对温度链观测数据进行时序匹配的基础上，进行深度校正和滤波处理获得有效剖面时序数据；
[0017]基于所述有效剖面时序数据，根据等温面，提取深度波动信息，作为所述波动场的垂直位移；
[0018]通过有效剖面时序数据以及水平间隔距离信息，提取尾迹传播速度，作为所述波动场的水平传播速度。
[0019]优选地，在获取有效剖面时序数据的过程中，对温度数据进行深度校正，同时利用三次样条插值方法进行深度间隔为1m，时间采样间隔为1s的精细插值运算；然后利用小波变换的方法对每一层深度的温度数据进行低频剥离，最后依据移动平滑滤波方法处理获得的高频数据，作为有效剖面时序数据。
[0020]优选地，在获取水平传播速度的过程中，在剖面时序数据的基础上，根据水下目标与温度链相对距离和波速得出的波动到达时间差，提取同一时间的温度信息并经过插值生成横向截面时序数据；
[0021]分别计算不同观测链滤波后的有效剖面时序数据之间的互相关函数以及水平间隔距离；再提取互相关函数中第一个极值所对应的延迟时间；再次计算波动从一条温度链传播至相邻温度链的速度；根据相速度公式求取所述水平传播速度。
[0022]优选地，在获取形态级数解项的过程中，所述形态级数解项表示为：
[0023][0024]其中，βi即βm，y为横向位移分量，Am，Bm，Cm，Dm为拟合系数项。
[0025]优选地，在获取级数解系数的过程中，所述最小二乘法表示为：
[0026][0027]其中，U为实测水下目标的航速，a为其长度、b为其半径、z为其航深，ti为速度场数值的离散时间值。
[0028]优选地，在对水下目标的V型内波尾迹进行仿真的过程中，所述V型内波尾迹的垂直传播速度表示为：
[0029][0030]波动场垂直位移表示为：
[0031][0032]水平传播速度表示为：
[0033][0034]波动场水平位移表示为：
[0035][0036]本专利技术公开了以下技术效果：
[0037]本专利技术利用融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹模型计算水下目标水下波动场数值，可以达到大范围海域线性计算效率，同时仿真结果精度能够切合实际水下目标航行扰动特性。
[0038]本专利技术为研究水下目标尾迹海面形态的数值仿真技术，提供了SAR、红外、可见光遥感探测的水下目标尾迹海面形态特征和影响规律；
[0039]本专利技术为提高水下目标的尾迹隐身性能，降低星载/机载SAR、红外、可见光等遥感手段对水下目标尾迹的探测识别概率提供技术支撑。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1是本专利技术所述的构建融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹模型流程图；
[0042]图2是本专利技术所述的水平传播速度提取流程图。
具体实施方式
[0043]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：基于海上实测的CTD观测数据，提取参与求解模态级数的实测密度剖面，并进行深度分层形成映射数据，获取在当前密度剖面和水下目标航深条件下的本征模态解；基于温度链观测结果，获取在不同密度剖面及海深、航速条件下的波动场的第一参数，同时获取水下目标的第二参数，其中，所述第一参数包括所述波动场的垂直位移、水平传播速度，所述第二参数包括所述水下目标的长度、半径和航深；基于所述本征模态解，依据所述第一参数和所述第二参数，获取所述第一参数的形态级数解项，并根据温度链观测深度波动信息时间离散数量，通过最小二乘法拟合，获取级数解系数；将所述级数解系数，带入到形态级数解，对所述水下目标的V型内波尾迹进行仿真。2.根据权利要求1所述一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，其特征在于：在获取映射数据的过程中，对所述CTD观测数据进行深度校正和滤波处理后，进行拉格朗日插值后，将所述实测密度剖面进行深度分层，形成K维*2维的所述映射数据，其中，K表示密度剖面深度分层数，2表示映射数据为深度和密度2列长度为K的数据。3.根据权利要求2所述一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，其特征在于：在获取本征模态解的过程中，所述本征模态解表示为：其中，φ
m
(z)和ω
m
均表示本征模态解，β即β
m
为1,2,
…
,K，m表示级数项，z表示水下目标航深，H表示海深，N表示浮频率，即z深度上浮频率N(z)的简写。4.根据权利要求3所述一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，其特征在于：在获取本征模态解的过程中，通过所述映射数据，获取所述浮频率，其中，所述浮频率表示为：其中，ρ0(z)表示为指定z深度的密度值，
△
z表示为深度间距，ρ0(z+Δz)表示为z+
△
z深度的密度值。5.根据权利要求4所述一种融合海上实测数据的水下目标V型内波尾迹仿真方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈标，秦锋，于振涛，王丹，余路，陶荣华，李婷婷，许素芹，陈捷，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军潜艇学院，
类型：发明
国别省市：