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至今为止,声波还是水介质中最适宜的能量传播方式,其作为海洋探测开发等工程的主要利用手段,极易受到水声场环境起伏变化的影响,而复杂多变的海洋环境给水声场环境带来了极大的不确定性起伏变化,给现如今海洋探测、开发、通信和军事作战提出了诸多挑战。快速高效的声场环境预报对于声纳性能实现、水声通信、海洋声层析及定位导航等具有十分重要的意义,而依据对环境的适应性和宽容性选择更加快速、精确的声场预报模型(即声传播模型)是提高声场预报质量的重要前提。 适应性可以理解为声场预报模型在声纳设计和海洋应用(本文指声场环境预报)中分析人员面临的判决矩阵,包括海深(深或浅)、频率(高频或低频)、距离相关度(海洋环境是否水平均匀)等。Jensen(1982年,1984年)提出的模型分类方案是目前对于模型适用范围判决逻辑的常用方案,但是此分类存在一定的随意性。在统计学领域,Hampel将宽容性理解为对模型失配不敏感的假设测验办法或技术。在水声领域,模型宽容性指的是在某一应用背景前提下,在应用允许误差范围内模型对应的相关参数的变化区间。目前宽容性声场预报模型的环境宽容性关注甚少,在定量描述水声环境和模型的失配问题方面还存在很大的不足。综上,需要进一步对声场预报模型进行适应性和宽容性整理分析来满足现如今声场预报高质量的要求。为此,本文以射线高斯束模型BELLHOP为例,探究声场预报模型的适应性和其在不确定性水声环境中的环境宽容性,主要内容包括: 1.介绍现有声场预报模型,包括其算法原理、优缺点和大致适用范围,详细介绍了所使用的BELLHOP模型; 2.通过与KRAKEN模型仿真结果对比,在海深、频率、水平距离三个方面,以传播损失标准差和Pearson相关系数两种定量参数研究BELLHOP模型在声场环境预报中的适应性; 3.采用基于声压幅值、基于声场互相关系数和基于声场空间相关性三种方法分析BELLHOP模型的声场环境预报宽容性。针对不确定性水声环境中声场存在幅值和相位差异的特点,用基于声压幅值和声场互相关系数的两种方法综合分析不确定性水声环境参数对于声场的影响,得到不确定水声环境中BELLHOP模型的声场环境预报宽容性分析;针对声场预报模型与环境失配问题,在不确定性水声环境中,利用贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛算法仿真建立了水声环境不确定性推理模型,推导了包含不确定性水声环境参数估计的声场空间相关半径和传播损失概率分布置信区间,利用声场空间相关半径的相对值得到声场预报模型的环境宽容区间,并利用非嵌入式随机多项式展开(NPCE)法结合差值评定方法验证了此宽容区间的正确性。