[发明专利]一种三维声场计算系统

说明书

本发明提供一种高性能三维声场计算系统及方法，所述系统以服务与组件的形式进行设计开发，各部分功能相对独立，形成松耦合的结构，其特征在于，所述系统由两个主要工作服务和三个辅助模块组成，两个主要工作服务为运算监视与通信调度服务和三维声场模型数据预处理与并行计算服务，三个辅助模块为映射式文件数据高速解析模块、计算模型状态监视与控制模块和全球海洋环境数据库交互模块。

技术领域

本发明为一种高性能三维声场计算系统，特别是一种能够支持多维分析频率、多种数据通信模式、自适应硬件平台核心数量、有效提高三维声场计算精度和速度的三维声场计算系统。

背景技术

自适应多核心并行分频三维声场分析系统是为实时、快速、准确的三维声场预报与分析所设计，目前我海军海洋环境分析与预报能力薄弱，无论是作战方案的推演与制定，还是实际的水下攻防作战，还停留在使用二维的声场计算模型的预报结果的阶段，受限于二维声场计算数据的传播距离、深度等关键维度的精度低、准确性差等问题，其运算模式为原始的流程化计算模式，难以扩展和复用，因此在实际水下攻防作战中应用效果较差，无法有效对海洋中的声传播做出准确描述，难以给战术决策者和舰艇指挥员一个真实反映作战海区环境的可靠依据。另一方面三维声场模型的计算模型较为复杂，各类仿真模型与计算参数的优化调配难度较大，由维度带来的数据计算量和时间消耗也成倍增加，极大的影响了我海军舰艇在复杂水下环境中的作战能力。

发明内容

1、发明解决的技术问题

为了解决传统声场计算模型及软件运算速度慢，计算精度低，集成与使用困难的问题，本发明要提供一种支持并行三维声场计算，精度高、运算速度快、时效性强、分析频率广、支持多种业务场景和通信方式、结构合理、接口丰富、具备良好的扩展能力、降低硬件平台依赖及适配难度的自适应多核心并行分频三维声场分析系统。

2、发明采用的技术方案

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：设计一种自适应多核心并行分频三维声场分析系统，系统各部分以服务与组件的形式进行设计开发，使各部分功能相对独立，形成松耦合的程序结构，便于后期功能扩展及复用，系统由两个主要工作服务和三个辅助模块组成。两个主要工作服务为运算监视与通信调度服务模块和三维声场模型数据预处理与并行计算服务模块，三个辅助模块由映射式文件数据高速解析模块、计算模型状态监视与控制模块和全球海洋环境数据库交互模块组成。

考虑到三维声场数据计算的时效性和外部应用系统调用的便捷性，在系统设计时将其工作方式定义为常驻后台服务模式。在部署平台系统启动时，通过系统的计划任务将运算监视与通信调度服务模块进行引导启动，该服务模块会根据运行环境内的配置信息，依次将三维声场模型数据预处理与并行计算服务模块和计算模型状态监视与控制模块引导启动，如任务处理队列中包含上次未计算完成的任务信息，则同步传输至计算服务模块继续计算。三维声场模型数据预处理与并行计算服务模块在计算时，将利用动态加载的方式对映射式文件数据高速解析模块进行调用，并对通信调度服务模块下发的计算报文进行解析。在计算过程中，根据计算任务报文中标识的经纬度位置信息，通过与全球海洋环境数据库交互模块中提供的数据访问接口进行设计交互，完成各类环境信息的查询与读写，并整合至计算模型。由于其三维声场计算的复杂性，计算模型可能因异常数据或其他情况进入未响应状态，计算模型状态监视与控制模块会根据当前任务状态对特定方位的声场计算模型进行终止并重新引导其计算。

各部分功能及工作原理如下：

1)运算监视与通信调度服务

该服务设计的启动模式为自启动，并负责整个软件各服务及模块的引导及启动工作，当其他服务与模块出现异常时，可根据外部系统调用参数和心跳状态监测自动重启相应服务。该服务还负责与外部系统对接进行数据传输，分流不同单平台、实时和异步批量等计算场景，依据不同计算场景传入的输入参数对三维声场计算所在海区位置进行数据提取和初步标准化转换，并发送至三维声场模型数据预处理与并行计算服务。