并行计算技术在匹配场声源定位中的应用研究

发布时间：2019-11-09 09:39

【摘要】：匹配场声源定位使用全波海洋声传播模型代替简化平面波声传播模型，能够突破传统被动定位方法的定位距离有限的局限，正确估计远程和超远程声源的距离和深度，是水声学研究的热点内容之一。但由于水声环境十分复杂，匹配场定位方法面临着计算量大、耗时长、占用存储空间大等问题，，不能快速为仿真环境提供数据支持，因此本文将并行处理技术引入到匹配场声源定位中，将处理任务合理地分配到计算机系统的多个处理机上，使其在较短的时间内协同完成处理任务，从而加快计算速度。本文深入研究并分析了匹配场处理中存在固有的并行性，搭建了匹配场声源定位的并行计算平台，详细介绍了匹配场声源定位算法的并行化方法。针对匹配场声源定位的特点，本文使用了区域分解法（SD）和频率分解法（FD）两种并行方式进行计算，前者主要开发网格点间处理任务的数据并行性，后者主要开发不同频率点间处理任务的数据并行性，并以互联的双核PC机作为并行计算硬件平台，选用Windows XP操作系统、FORTRAN编译器，在MPI并行环境中对并行算法进行测试和相应的分析。为了进一步提高计算效率，本文引入了并行遗传算法作为匹配场声源定位的寻优工具，跟据匹配场处理的实际特性，对并行遗传算法的操作算子及评估标准进行了合理设计，使其快速收敛到最优值，采用岛屿模型完成进程间的相互通信，并分析对比了算法的通信特性对求解问题的计算效率和精度的影响。本文对并行算法进行了详细的仿真实验分析，分别从并行算法的程序运行时间、通信时间开销、加速比及并行效率几方面进行考察。实验表明，并行遗传算法求解匹配场声源定位问题具有计算速度快、自适应能力强、稳健性好、定位精度较高等优势；开发匹配场处理方法的并行性，可有效解决计算任务重、耗时长的问题，为实现快速声源定位提供解决途径。
【图文】：

有限差分网格

以写成：()()()4()(,)(1)0ZzZzHkrziPrzmrmmmss=∑ρ(1)(4)02()ππ ≈ikrrmrmrmekrH kr( r→∞)子，声压 P ( r,z,t)可表示为：rmikrmmmsiskeeZzZzzriPrztrm()()()8(,,)4∑ =πρπ值求解方法，简正波方程的求解是复杂的特征值问题，Kraken海洋环境如图 2.3 所示，水平面深度为 0，海底深D 分为 N 个等间距的网格，网格宽度为 h =N),其中N 的选取要适当，一般每个波长取 10 个以

有限差分网格,分界面,海底沉积层,海水密度

[ ]112()2222= + = jNhhczkdjrjK，ρω[ ] ( )( )22222222()gkfkhhczkdBBNrN+ + =ρωjNhejK11= ，=ρ程（2-27）的本征值，便可以得到本征函数，将所表达式（2-13）中，便可求出声场声压值。海水密度不变的情况下进行的，实际海洋声学中经如从海水转入到海底，此类问题可以将环境分为若限差分法仍然可用。假设一个简单的两层界面，海底沉积层，海水深度为D，wρ 为海水密度，sρ 为海网格宽度，sh 为海底沉积层中设定的网格宽度，
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN912.3;TP338.6

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