Page 7 - 201805

第 37 卷 第 5 期 杨士莪： 小型矢量阵深海被动定位方法 589

在深海环境下，许多浅海目标被动定位方法如 般可取为 0.1∼0.2 m，以减小基阵总体积。设所接
匹配场定位 [1] 、利用波导不变量 [2−3] 等方法不再有 收噪声的波数为 k，各阵元间距等于 a，对来自空间
效；而在太平洋亚热带海域，深海声道轴更可能深 (ϑ s , α s ) 方向的信号，若取 0 号单元收到的信号幅值
达1000 m左右，其第一个汇聚区与声源的距离也有 为 1，相位为 0 (即取为基准值)，则各号阵元所接收
50 km 左右，超过通常被动声呐对低噪声目标的有 到的信号幅值与相位将分别为
效检测距离，而一般潜艇的活动深度也大多在声道
0号阵元 : 1, (1)
轴以上。目前已有的深海目标检测方法多借助大型
1号阵元 : e ikasinϑ s cos α s , (2)
声呐或复杂的海底监测系统，不仅耗资巨大且易于
暴露，用于对付今天覆盖有消声瓦的低噪声潜艇，其 2号阵元 : e ikasinϑ s sin α s , (3)
功效也十分有限。为此有必要开发新的有效方法， 3号阵元 : e ikacosϑ s , (4)
实现目标的低频被动定位。 4号阵元 : e −ikasinϑ s cos α s , (5)
若仅限于探测位于第一影区内的低噪声目标，
5号阵元 : e −ikasinϑ s sin α s , (6)
对投放于海底的坐底声呐来说，目标噪声一般可沿
6号阵元 : e −ikacosϑ s . (7)
两条不同途径到达接收位置：一条为自声源发出向
下直接到达海底，另一条为自声源向上发出，经海面 而各加速度计所接收到的信号还须依x、y、z 方
反射后到达接收点。对巡航于深水跃变层的无人潜 向，分别乘以方向性因子 sinϑcosα、sinϑsinα、cosϑ。
器 (UUV) 来说，目标噪声到达接收器的途径，除可 为测定目标的三维方向性，可采取两步走方法：第一
能包括有海面反射声与海底反射声以外，并根据目 步先利用 0 x,y ，1 x,y ，2 x,y ，4 x,y ，5 x,y 五元阵测定目标
标及 UUV 间距离与两者所在的相对深度，也可能 方位角 α s ；第二步再根据所测得的方位角 α s ，利用
还会有在上层海水中反转或未经在上层海水中反 1 x,z ，2 y,z 与4 x,z ，5 y,z 号基元，按下列公式组成已知
转而直接到达接收点的声途径。所有自声源沿不同 方位平面上的虚拟阵元 1 x ,z 与4 x ,z ，再与 0 号、3
′
′
′
′
′
′
途径到达接收器的信号，一般在接收点测得的其水 号、6 号阵元联合形成已知方位角方向上的另一个
平方位角都相同，但测得的其空间天顶角与沿不同 竖向的五元阵，其中 0 号、3 号、6 号阵元的 x、y 方向
途径的传播时间长短则不相同，因而可利用基阵的 加速度计，亦须按下述相应公式，组成目标方位角x ′
空间定向功能，区分其不同传播途径，并利用信号互 方向的虚拟加速度计 0 x ，3 x ，6 x 。最终利用此竖向
′
′
′
相关序列的峰值间隔，度量其沿不同途径传播时间 五元阵测定目标的天顶角。若 α s 以角度的度数值
的差异。只要海区相关环境条件已知，不难利用射 表示，则具体修正程序如下：
线声学方法，求得目标所在方位、距离和深度。
′
1 x = 1 x cos α s + 2 y sin α s ,
′
为测定目标所在方位及沿不同途径到达接收
( )
α s α s
′
点处声线的天顶角，可采用如图 1 所示的七元矢量 1 z = 1 z 1 − + 2 z , (8)
′
90 90
传感器阵，各传感器均包括 x、y、z 三个方向的加速 4 x = 4 x cos α s + 5 y sin α s ,
′
′
度计，各阵元间距根据所接收信号的高端频率，一 ( )
′ α s α s (9)
4 z = 4 z 1 − + 5 z ,
′
90 90
3
0 x = 0 x cos α s + 0 y sin α s ,
4 ′
3 x = 3 x cos α s + 3 y sin α s ,
′
6 x = 6 x cos α s + 6 y sin α s . (10)
′
5 0 2
为提高方向测定的精度，可采用多极子波束形
成方法，但在进行第一步目标方位角测定时，因各
1
加速度计都包含有方向性因子 sin ϑ，作为测定目标
6
2
2
图 1 基阵形式 方位时的初始近似，可利用cos α + sin α = 1的关
Fig. 1 Form of array 系，求得ϑ的初始值ϑ 0 ，因而有