【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声速剖面降维领域，具体涉及一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法。
技术介绍
1、声速剖面是海水声速随海深的变化，由于它是影响声能量传播的重要海洋参数，精确的声速剖面信息能为声呐系统探测性能保障提供支撑，所以声速剖面的获取(反演)在海上作战中有重大的价值，可以说哪一方掌握了准确的声速剖面信息，战场就对他单方面透明。
2、由于声速剖面具有很强的时间和空间变化特征，原则上可用矩阵来表示，矩阵越大表示越精确。但是在声速剖面的反演求解中也意味着未知数越多，会导致求解难度上升到难以实现的级别，所以通常情况下在声速剖面相关的逆问题应用中第一步就是对声速剖面进行降维表示，用有限的几个参数表示声速剖面，可以说声速剖面降维技术是声速剖面逆问题应用的基石。
3、传统的声速剖面降维方法主要依赖统计学分析，提取声速扰动的主要特征，如正交经验函数、字典学习、张量分析等。这些方法强烈的依赖历史样本，具有样本依赖度高、无法处理历史未出现的新特征、可能重构出违背物理规律的声速剖面等缺点。特别是进行这些传统降维必须要依靠大量的历史样本，而需要声速剖面反演的区域往往正是调查不足的海域，使得传统声速剖面降维办法与声速剖面逆问题求解的需求背道而驰。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法解决了现有声速剖面降维办法依靠大量的历史样本，在调查不足的海域难以进行声速剖面重构的问题。
2、为了达到上述
3、提供一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其包括以下步骤：
4、s1、对目标海域的层化特征进行量化；其中层化特征包括层化温度剖面、布伦特-维萨拉频率、层化温度剖面的温度梯度和层化声速剖面；
5、s2、基于布伦特-维萨拉频率进行罗斯比波动模态计算，获取前五阶罗斯比波动模态；
6、s3、基于层化温度剖面的温度梯度，将0～5阶罗斯比波动模态分别转化为声速扰动模态；
7、s4、通过水声学反演或者多维回归的办法，获取各个声速扰动模态在进行声速剖面重构过程中的系数；
8、s5、通过声速剖面重构过程中的系数对声速剖面进行表示及重构。
9、进一步地，对目标海域的层化温度剖面进行量化的具体方法包括以下步骤：
10、a1、判断当前测量样本的观测时间是否超过一个月且时间上均匀测量的温度剖面，若是则将其平均剖面作为层化温度剖面；否则进入步骤a2；
11、a2、判断当前测量样本是否为设定时间内在低潮期测量的单次温度剖面，若是则将该温度剖面作为层化温度剖面；否则进入步骤a3；
12、a3、在最新世界海洋地图集中对于目标海域近20年的气候态平均温度剖面中选取空间分辨率为0.25°的数据产品对应经纬度的温度剖面，并将其作为目标海域的层化温度剖面。
13、进一步地，对目标海域的布伦特-维萨拉频率进行量化的具体方法为：
14、在最新世界海洋地图集中对于目标海域近20年的气候态平均盐度剖面中选取空间分辨率为0.25°的数据产品对应经纬度的盐度剖面作为目标海域的层化盐度剖面；
15、以目标海域的层化温度剖面和层化盐度剖面为输入，通过sea-mat函数进行计算，得到目标海域的布伦特-维萨拉频率。
16、进一步地，对目标海域的层化温度剖面的温度梯度进行量化的具体方法为：
17、在目标海域的0～50米海深范围内每5米计算一个层化温度剖面的梯度值，50～200米海深范围内每10米计算一个层化温度剖面的梯度值，200～500米海深范围内每50米计算一个层化温度剖面的梯度值，500米～声道轴深度范围内每100米计算一个层化温度剖面的梯度值，声道轴深度以下每100米计算一个层化温度剖面的梯度值，得到目标海域的层化温度剖面的温度梯度。
18、进一步地，对目标海域的层化声速剖面进行量化的具体方法为：
19、若存在目标海域观测时间超过1个月且时间上均匀测量的声速剖面，则将这些声速剖面的平均剖面作为目标海域的层化声速剖面；否则以目标海域的层化温度剖面和层化盐度剖面为输入，通过水下声速计算公式计算目标海域的层化声速剖面。
20、进一步地，步骤s2中罗斯比波动模态计算的表达式为：
21、
22、其中n为目标海域的布伦特-维萨拉频率；表示第0阶罗斯比波动模态；表示第n阶罗斯比波动模态；z为海水深度；d表示微分；θn表示第n阶罗斯比波动模态对应的本征值。
23、进一步地，将罗斯比波动模态分别转化为声速扰动模态的表达式为：
24、
25、其中un为由第n阶罗斯比波动模态转化得到的声速扰动模态；为层化温度剖面的温度梯度。
26、进一步地，对声速剖面进行重构的表达式为：
27、
28、其中cr(z)表示海水深度为z时通过重构得到的声速剖面；c0为层化声速剖面；un为由第n阶罗斯比波动模态转化得到的声速扰动模态；an为un的系数。
29、本专利技术的有益效果为：
30、1、本方法通过罗斯比波动模态的声速剖面降维，构建一种纯物理机制的声速剖面降维表示方法，使得一条声速剖面不再需要以多维矩阵的形式表示，只需要表示成若干个系数形式，可以解决现有声速剖面降维方法对样本的依赖问题，还可以避免重构的声速剖面出现不符合物理规律的异常。
31、2、本方法可以快速重构出任何符合物理规律的声速剖面，为声呐系统探测性能保障提供支撑。
32、3、本方法对样本的要求非常低，甚至可以在没有海域历史测量样本的情况下依靠woa23等全球海洋数据产品即可以实施。
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1.一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的层化温度剖面进行量化的具体方法包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的布伦特-维萨拉频率进行量化的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的层化温度剖面的温度梯度进行量化的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的层化声速剖面进行量化的具体方法为：
6.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，步骤S2中罗斯比波动模态计算的表达式为：
7.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，将罗斯比波动模态分别转化为声速扰动模态的表达式为：
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【技术特征摘要】
1.一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的层化温度剖面进行量化的具体方法包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的布伦特-维萨拉频率进行量化的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的一种利用罗斯比波动模态进行声速剖面降维表示的方法，其特征在于，对目标海域的层化温度剖面的温度梯度进行量化的具体方法为：
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