微扰法声速剖面反演改进算法

为了降低传播时间测量误差对微扰法声速剖面反演精度的影响,本文提出了一种基于微扰法的声速剖面反演改进算法。该算法通过调整平均声速剖面以增大声速扰动量,进而增大声速扰动所引起声线传播时间的扰动量,降低了测时误差对反演算法的影响,提高了反演算法对声速扰动的敏感性。数值算例表明,相同条件下传统微扰法反演的声速剖面的最大误差为1.478 m/s,而改进算法的最大误差降低至0.403 m/s,验证了改进算法可以有效降低传播时间测量误差对声速剖面反演结果的影响,比微扰法的反演精度更高。     

循环神经网络在浅海声速-声源联合反演中的应用

利用序贯滤波对时变声速剖面进行反演追踪,通常会将声速剖面的时变特性描述为一阶随机游走过程。为了使状态方程更好的预测状态变量的走向,本文利用循环神经网络学习历史水文数据,对浅海环境下的时变声速剖面进行建模,利用集合卡尔曼滤波进行对声速剖面的反演,并对声源进行定位。结果相较于使用一阶随机游走过程的联合反演结果误差更小,在声源深度上均方根误差有着80%的降低,声速剖面反演结果误差有着38.2%的降低。本文通过实测声速剖面的仿真声学数据验证了该方法的可行性。     

浅水声速剖面的反演方法与实验验证

提出一种在浅水域进行声速剖面反演的方法。通过将某地浅水声速剖面用经验正交函数进行表示,利用一个很短的垂直线列阵接收声源信号,估计信号的多途到达角结构,以到达角结构的误差为代价函数,对实测的声速剖面进行了反演,实验结果表明：所提出的方法是可行的。     

基于内波统计特性的声速剖面预测方法

针对浅海内波环境下的声速剖面预测问题,本文提出了一种基于内波环境下时序声速剖面统计特征的声速剖面智能预报方法。通过分析有无内波情形下时序声速剖面的经验正交分解系数分布特点,给出内波存在时的特有分布特征,以此为基础,将声速剖面的预报问题简化为单一参数的时间序列预测问题。结合长短时记忆循环神经网络处理时间序列数据中长距离依赖信息的能力,实现内波环境下声速剖面的实时预测,对试验数据预测结果与测量值符合较好,最大均方根误差1.3 m/s。     

利用流形学习揭示声场数据的固有物理自由度

针对不确定浅海中潜在地影响声传播过程的物理参数众多,导致声场数据的固有物理自由度难以确定的问题,本文从微分流形视角出发,将流形学习中一种判定数据固有维度的方法应用于浅海中垂直线列阵接收的声场数据,给出了一种判定不确定浅海声场数据固有物理自由度的方法。利用数值仿真对方法进行验证,将该方法应用于2次海试数据,并结合海上实验中对水文环境参数的同步观测,揭示了控制2次海试声场数据的固有物理自由度分别为3和5,初步确定了主导声场变化的物理参数分别为水深及声速剖面变化的前2阶主成分和水深及声速剖面变化的前4阶主成分,验证了方法的有效性。该方法可以为声学反演等相关声学方法提供重要的理论指导。     

遗传模拟退火算法用于浅海声速反演的仿真研究

研究了浅海声速反演中经验正交函数的参数寻优算法.通过数值仿真分析了模拟退火算法和遗传算法的优缺点,并在此基础上,提出了将二者相联合而得到遗传模拟退火算法,数值算例验证了该算法兼备二者的优点,克服了它们的缺点.以射线理论为基础,应用遗传模拟退火算法,仿真计算了浅海2种声速分布下的声速反演问题,取得了较好的结果.该方法具有不依赖初始条件且解为收敛等特点.     

由传播时间反演海水中的声速剖面

海水中的声速剖面对声传播有比较重要的影响.利用海上实验的实际数据由声信号的传播时间反演海水中的声速剖面.用经验正交函数表示声速剖面,根据选取的代价函数应用遗传算法搜索最优解.为了提高反演算法的性能,快速反演获得海水中的声速剖面,在射线声学理论下,对传播时间的计算方法进行了改进,有效降低了算法的计算量.利用海上实验的实际数据反演获得的声速剖面与实验时直接测量获得的声速剖面相比较,误差小于2‰.反演结果与实测结果基本相符.     

水下声速场构建方法综述

实时、精确地构建区域声速场是建设水下综合定位、导航、授时与通信体系的重要组成部分。本文梳理并分析了水下声速场构建领域的研究现状，总结了声速剖面直接测量方法与反演方法。声速反演法相比于直接测量法具有更高的便捷性和可接受的精度性能。然而，声速反演方法依赖于声呐观测数据，因此难以适用于无水下观测系统覆盖的地区，并且无法对未来时刻的声速分布进行预测。如何在无声场观测数据情况下，综合利用历史先验信息进行智能化、高精度地全海深声速场构建，弹性化为水下用户提供不同精度、实时性需求的声速分布估计服务，是未来声速场构建研究主流趋势。     

高压下声速温度系数的一种新算法

从声速的定义出发，由热力学基本关系给出了声速温度系数(偏微熵)的一种计算方法.以顽火辉石为例，计算结果显示，在40～140 GPa压力范围内，其纵波、体波的温度系数随压力的增大而减小，分别由40 GPa时的0.386、0.255(m/s)·K,降至80 GPa时的0.298、0.204 (m/s)·K，120 GPa时的0.244、0.175(m/s)·K，140 GPa时的0.197、0.162(m/s)·K.将这一规律内推到零压得到(dK/dT)₀=0.027 9 GPa·K^-1，与静高压下的实验数据吻合很好.     

水声信道有效声速估计方法及空间特征分析

为准确快速获取水声信道有效声速以提高水声测距及定位精度,提出了一种分层海洋介质中空间有效声速的快速估计方法.该方法考虑了信道多途的影响,对浅海信道和深海信道中有效声速的计算均适用,尤其对于有效声速随空间变化复杂的浅海信道.该方法不需对空间各点声场进行计算,大大减小了计算量,易于实际工程应用.通过仿真和海试数据分析,得到了各环境要素对有效声速估计的影响规律及浅海信道有效声速空间变化的基本特征,验证了有效声速估计方法的有效性.     

用差异进化算法进行海洋环境参数反演

提出了用差异进化算法进行浅海环境参数匹配场反演，利用仿真数据对算法的有效性进行了评估，并与遗传算法、模拟迟火算法进行了比较，最后采用亚洲海实验(ASIAEX 2001)数据验证了方法的可行性。     

利用改进模拟退火算法反演甘肃兰州地区地幔转换带导电模型

地磁测深一维反演可以获得地磁台站下方地球深部电导率结构。将改进模拟退火算法应用于地磁测深数据的反演,并将基于反演过程中的所有优质解进行统计分析得到的期望值作为模型最优解。地磁测深合成数据的一维反演测试结果表明:对于无噪声的理论数据,传统模拟退火算法可以恢复出真实的电导率剖面; 存在噪声时,相较传统模拟退火算法,改进模拟退火算法可以有效克服噪声影响,并在噪声低于可接受的水平时,得到非惟一模型参数的可靠估计结果。对兰州台站的实际数据反演结果表明:在地磁测深敏感的深度范围内获得了与前人一致的电导率剖面; 但是在地幔转换带下层,反演得到的电导率偏低。结合岩石物理实验结果,推测兰州地区地幔转换带下层可能是干冷的,周围地区深部地幔柱可能影响不到兰州地区深部热状态。     

CFD程序自动并行化的相关性分析和通信策略

针对ＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ）问题中的点松弛和线松弛迭代算法,研究其帧内和帧间数据相关性,提出一种数据相关性分析算法和通信策略。与相应的程序重构技术相结合,实现这类程序的ＳＭＰＤ模式的自动并行化。该算法与平台无关,能够适用于消息传递（ＭＰ）和共享变量的通信机制,目前已在ＰＶＭ环境中实现。经测试,基于该算法自动生成的并行程序能够达到很高的并行效率,对于绝大多数     

机群管理系统中作业对象数据复制算法研究

机群管理系统中节点的I/O负载过重以及系统的可扩展性是制约其效率的关键。通过使用作业对象的互复制以及基于快照的并发调度,可降低读/写操作的等待,同时也使各种操作在机群节点交替执行,提高了并行性。文中首先描述了作业对象的快照模型;给出了作业数据访问协议并实现了作业对象可扩展复制算法;最后对该算法进行了评价和分析。     

大地电磁三维模型的一维二维反演近似问题研究

设计了一个简单的三维模型———均匀半空间的三维低阻异常体模型。采用51×51×38的网格计算得到了33.333Hz至0.0071Hz之间共34个频率的三维正演响应。选取其中5条具有代表性的测线,比较了不同测线上自适应正则化(ARIA)一维反演结果和非线性共轭梯度法(NLCG)二维反演结果相互之间及其与原三维理论模型之间的异同,研究大地电磁三维模型的一维、二维反演的近似情况。发现:对于三维模型响应,一维、二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,但二维模型对三维模型的近似程度比一维模型要高得多;在二维模型反演中,采用TM模式更易得到真实的模型信息。研究中,采用蒲兴华等(1994)开发的MT三维正演程序进行正演计算,采用“大地电磁数据管理器(MTDATAMNG)”软件进行数据处理和一维、二维反演。     

传递对准中主惯导速度匹配量的实时构造算法

研究了当机载主惯导和弹载子惯导分别采用地理坐标系和准惯性坐标系作为导航坐标系时，传递对准过程中主惯导速度匹配量的实时构造算法。提出了利用主惯导导航参数实时构造主惯导速度匹配量的地速转换和修正算法，利用主惯导加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分算法，以及利用主惯导导航参数和加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分修正算法。仿真结果表明，3种实时算法在算法精度和计算量方面各有所长。     

川西定向气井压力预测及分析

川西定向气井测压呈典型的两段分布,下部压降梯度大的原因是受到液相滑脱损失和倾斜段的影响。针对垂直段和倾斜段分别统计评价工程常用的气液两相管流压降模型:垂直段产气量低于1×104m3/d时采用无滑脱模型,否则采用Hagedorn&Brown模型;倾斜段采用DPI模型。组合建立适用于定向井的气液两相管流新模型。大牛地气田应用实践表明,新模型各项误差均小于5%,明显优于常规单一压降模型。     

河内-海防高速公路深厚软基沉降预测研究

基于越南河内-海防高速公路EX-5标段工程实例,在现场监测数据和地勘资料的基础上,借助大型有限元商业软件ABAQUS,模拟了越南深厚软土排水板堆载预压下的土体固结沉降过程;针对数值模拟中模型参数选取困难的问题,将优化算法与有限元软件结合,利用C语言编写了遗传算法-ABAQUS反分析程序,并用实例对此程序的适用性进行了验证。得到如下结论:无论是变形模量还是泊松比,路基恒载期沉降量对两者的敏感度要大于堆载期的敏感度;反演计算的最终沉降与实际沉降比较接近,相对误差基本都在10%以内,这说明编制的ABAQUS-遗传算法固结反分析程序反演出的参数值是有效的、可行的。     

基于模拟退火的全局混合反演方法及其应用

为了增强模拟退火算法的局部搜索性能,将局部搜索能力较强的单纯形法和鲍威尔法引入模拟退火算法当中,形成了基于模拟退火的全局混合反演方法。给出了模拟退火算法与单纯形法的镶嵌式结合方式以及模拟退火算法与鲍威尔法的串行式结合方式,并对其结合步骤进行了详细的阐述,以便于编程实现。分别对模拟和实测的直流激电测深曲线进行了反演试算:对于不具有等值性的激电测深曲线,反演效果很好,模型参数的相对误差基本控制在1%以内;对于等值性较严重或含有观测误差的激电测深曲线,全局混合反演方法也不能完全克服多解性,但可以通过改变模型参数空间和算法参数进行多次反演,最终可给出合理的解估计。