Page 13 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 张雪冬等： 一种基于序贯估计的直达声区水面舰船被动测距方法 499

最大相对误差均可达到 70%；若排除这些点，r 的最 围内接收到的水面舰船辐射噪声数据，利用 RBD
大相对误差分别为 12% 和 7%，仍大于本文方法的 方法来估计船和接收阵之间的信道响应，提取直达
结果。由此可看出，海底参数的选取对匹配场方法 波在垂直阵不同阵元上的相对到达时间差，基于序
的测距结果影响很大。 贯方法对声源-接收距离进行了估计，并将距离的估
计结果与测量值、几何方法和传统匹配场方法的结
表 2 匹配场方法所使用的海底参数组合
果进行了比较。由于不需要对海底参数和阵列不变
Table 2 Geoacoustic parameters for
量进行估计，该方法在声速剖面存在跃层和海底多
matched-field method
层分布的复杂海洋环境下仍然适用，要优于传统匹
c s/ α s/ c b / α b / d/ 配场方法。本文方法距离估计值与测量值的相对误
海底参数
(m·s −1 ) (dB·λ −1 ) (m·s −1 ) (dB·λ −1 ) m
差在6%以内，并且小于几何方法的误差。若根据已
匹配场 1 1450 0.01 1650 0.1 1
有经验对海底参数进行假设，本文方法距离估计值
匹配场 2 1450 0.1 1600 0.5 10
与测量值的相对误差仍小于传统匹配场方法。由本
匹配场 3 1480 0.1 1600 0.5 10
匹配场 4 1450 0.1 1600 0.5 1 文方法得到的估计值所仿真的直达波相对到达时
间差与测量值吻合得很好。由于受到实验条件的限
制，直达声区的范围较小，下一步将对深海环境下该
3500
AIS
Ӝᦡڤ1 方法的有效性进一步进行验证。
3000
Ӝᦡڤ2
Ӝᦡڤ3
ᡰሏ/m 2000 Ӝᦡڤ4 致谢 由衷感谢佐治亚理工学院 Karim G. Sabra
2500
教授提供的 2016年美国圣巴巴拉海峡实验数据，感
谢参加海上实验的全体工作人员，他们的辛勤劳动
1500
为本文提供了宝贵的实验数据。
1000
5 10 15 20 25 30
ᡰሏག
(a) ܦູ-ଌஆᡰሏͥᝠፇ౧
参 考 文 献
2500
Ӝᦡڤ 1
2000
Ӝᦡڤ 2 [1] Niu H, Ozanich E, Gerstoft P. Ship localization in Santa
Ӝᦡڤ 3 Barbara Channel using machine learning classifiers[J]. The
1500
|dr|/m Ӝᦡڤ 4 Journal of the Acoustical Society of America, 2017, 142(5):
1000 EL455–EL460.
[2] Niu H, Gong Z, Ozanich E, et al. Deep-learning source lo-
500 calization using multi-frequency magnitude-only data[J].
The Journal of the Acoustical Society of America, 2019,
0
10 20 30 146(1): 211–222.
ᡰሏག [3] Duan R, Yang K, Ma Y, et al. A reliable acoustic path:
(b) ឨࣀ physical properties and a source localization method[J].
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[4] Duan R, Yang K, Ma Y, et al. Moving source localization
其与 AIS 测量值的误差
with a single hydrophone using multipath time delays in
Fig. 10 The source-receiver distances estimated
the deep ocean[J]. The Journal of the Acoustical Society
by different methods and the source-receiver dis- of America, 2014, 136(2): EL159–EL165.
tance differences between the estimations and the [5] Sabra K G, Dowling D R. Blind deconvolution in ocean
AIS measurements waveguides using artificial time reversal[J]. The Journal of
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4 结论 [6] Sabra K G, Song H C, Dowling D R. Ray-based blind de-
convolution in ocean sound channels[J]. The Journal of the
Acoustical Society of America, 2010, 127(2): EL42–EL47.
本文对 2016 年美国圣巴巴拉海峡实验数据进
[7] Byun S H, Verlinden C M A, Sabra K G. Blind deconvo-
行了处理，通过垂直阵在 1.6 ∼ 3.5 km 直达声区范 lution of shipping sources in an ocean waveguide[J]. The