Page 40 - 应用声学2019年第4期

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10 dB，当波数形成输出信噪比低于0 dB时，难以实 warping operator[J]. Acta Physica Sinica, 2015, 64(7):
现有效的波数谱估计。 074301.
[3] 王冬, 郭良浩, 刘建军, 等. 一种基于 warping 变换的浅海脉
当水中声源的到达角估计出现误差时，同样会
冲声源被动测距方法 [J]. 物理学报, 2016, 65(10): 104302.
使波数谱的估计出现误差。根据以下表达式， Wang Dong, Guo Lianghao, Liu Jianjun, et al. Passive im-
pulsive source range estimation based on warping opera-
k · sin θ = (k + ∆k) · sin(θ + ∆θ). (16)
tor in shallow water[J]. Acta Physica Sinica, 2016, 65(10):
图 6(c) 近水面声源的主要波数谱的位置在 104302.
1.19 左右，水下声源的主要波数谱的位置在 1.27 [4] 郭晓乐, 杨坤德, 马远良, 等. 一种基于简正波模态消频散
变换的声源距离深度估计方法 [J]. 物理学报, 2016, 65(21):
左右。当∆k > 0.04时，利用波数谱结构和具体位置
214302.
差异的深度判别方法就会出现错误。利用式(16)可 Guo Xiaole, Yang Kunde, Ma Yuanliang, et al. A source
计算得到此时能够容许的最大到达角度估计误差， range and depth estimation method based on modal dedis-
persion transform[J]. Acta Physica Sinica, 2016, 65(21):
例如当 θ = 30 时，如果 ∆θ > 1 ，声源深度判别就
◦
◦
214302.
会有可能出错了。 [5] Nicolas B, Mars J I, Lacoume J L. Source depth estimation
using a horizontal array by matched-mode processing in
4 结论 the frequency-wavenumber domain[J]. EURASIP Journal
on Advances in Signal Processing, 2006, 2006(1): 1–16.
本文利用水平阵模态域波束形成得到波数谱， [6] Lopatka M, Touzé G L, Nicolas B, et al. Underwa-
ter broadband source localization based on modal filter-
根据近水面声源难以激发低阶简正波的物理现象，
ing and features extraction[J]. EURASIP Journal on Ad-
提出了在浅海负跃层声速剖面条件下进行声源深 vances in Signal Processing, 2010, 2010(1): 1–18.
度判别的有效方法，在实际应用水平阵孔径有限 [7] Bonnel J, Gervaise C, Roux P, et al. Modal depth func-
的情况下，通过识别近水面声源和水下声源波数谱 tion estimation using time-frequency analysis[J]. Journal
of the Acoustical Society of America, 2011, 130(1): 61–71.
结构和波数位置的差异，可以分辨水面目标和水下
[8] Premus V E, Helfrick M N. Use of mode subspace pro-
目标。 jections for depth discrimination with a horizontal line
本文还对利用模态域波束形成进行深度判别 array: theory and experimental results.[J]. Journal of the
Acoustical Society of America, 2013, 133(6): 4019–4031.
的性能进行了讨论。波数谱的波数位置与频率近似
[9] Benjamin R D. Clutter depth discrimination using the
呈线性关系。采用 MVDR 的谱估计方法可以降低 wavenumber spectrum[J]. Journal of the Acoustical Soci-
波数谱估计的旁瓣，减小主瓣宽度，提高波数谱估计 ety of America, 2014, 135(1): 1–7.
精度。水中声速剖面、海底参数、海深都会影响波数 [10] Yang T C. Source depth estimation based on synthetic
aperture beamforming for a moving source[J]. Journal
谱的具体结构和位置。当目标信号的到达角估计出 of the Acoustical Society of America, 2015, 138(3):
现误差时，波数谱主瓣的波数位置也会出现误差，导 1678–1686.
致深度判别有可能出现错误。如何更加准确地估计 [11] 李鹏, 章新华, 付留芳, 等. 一种基于模态域波束形成的水平
阵被动目标深度估计 [J]. 物理学报, 2017, 66(8): 084301.
波数谱、如何改进深度判别方法增强其环境宽容性
Li Peng, Zhang Xinhua, Fu Liufang, et al. A modal
仍需进一步研究，此外，当声源位于负跃层中或接收 domain beamforming approach for depth estimation by
器放置于海底时方法的适用性和性能也值得进一 a horizontal array[J]. Acta Physica Sinica, 2017, 66(8):
步研究。 084301.
[12] Conan E, Bonnel J, Nicolas B, et al. Using the trapped en-
ergy ratio for source depth discrimination with a horizon-
参 考 文 献 tal line array: theory and experimental results[J]. Jour-
nal of the Acoustical Society of America, 2017, 142(5):
[1] 戚聿波, 周士弘, 任云, 等. 浅海中利用单水听器的声源被动 2776–2786.
测距 [J]. 声学学报, 2015, 40(2): 144–152. [13] 刘伯胜, 雷家煜. 水声学原理 [M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出
Qi Yubo, Zhou Shihong, Ren Yun, et al. Passive source 版社, 2010.
range estimation with a single receiver in shallow water[J]. [14] Shang E C, Wu J R, Zhao Z D. Relating waveguide in-
Acta Acustica, 2015, 40(2): 144–152. variant and bottom reflection phase-shift parameter P in
[2] 戚聿波, 周士弘, 张仁和, 等. 一种基于 β- warping 变换 a Pekeris waveguide[J]. Journal of the Acoustical Society
算子的被动声源距离估计方法 [J]. 物理学报, 2015, 64(7): of America, 2012, 131(5): 3691–3697.
074301. [15] Zhao Z D, Wu J R, Shang E C. How the thermocline
Qi Yubo, Zhou Shihong, Zhang Renhe, et al. A pas- affects the value of the waveguide invariant in a shallow-
sive source ranging method using the waveguide-invariant water waveguide[J]. Journal of the Acoustical Society of
America, 2015, 138(1): 223–231.