Page 65 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 于梦枭等： 能量加权时间特征用于浅海声源深度类型判别 707

150 150 150

100 100 100
ᮠဋ/Hz 50 ᮠဋ/Hz 50 ᮠဋ/Hz 50

0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8 0.4 0.6 0.8
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a) 1650 m/s (b) 1700 m/s (c) 1750 m/s

图 17 海底纵波声速为 1650 m/s、1700m/s 和 1750m/s 时信号时频分析图
Fig. 17 Signal time-frequency analysis image corresponding to bottom longitudinal wave velocity of
1650 m/s, 1700 m/s and 1750 m/s respectively

当简正模总阶数变少时，脉冲宽度变短，H 值 4 结论
变小。根据图 16中 H 值随声源深度变化情况及2.3
根据简正模理论，各阶简正模到达接收器的时
节关于海深变化的性能分析可知，声场中简正模的
间有所不同，简正模阶数越低，群速度越大，到达时
阶数虽然对方法影响较小，但不同阶数情况下，水面
间越早。利用水平直线阵作为接收阵列，可获得波
与水下声源的判别阈值却有所差异，所以，当海底纵
束强度-时间分布图，在脉冲宽度内对每一时刻的阵
波声速失配导致声场中出现简正模阶数失配时，方
列输出最大声强值 (即该时刻信号的能量) 进行搜
法性能则可能下降。因此在实际应用中应通过底质
索，以其作为权值，计算各阶简正模到达时间的加权
采样、反演以及资料查询等手段尽量保证海底纵波
平均值。构造函数 H，将信号到达时间加权平均值
声速的准确性。
与脉冲到达接收阵的初始时刻相减，以表示简正模
3.3 海深失配
高低阶能量的分布情况。在环境参数及声源距离已
海深的失配同样会影响本征函数随深度的分
知的前提下，可以获得拷贝声场中水面与水下声源
布情况。3.2 节中已提到，若拷贝声场与实际声场激
˜
判别阈值，将实际声场中 H 值与拷贝声场中判别阈
发的简正模阶数不同，H 值差异较大，会导致方法
值进行比较，实现宽带脉冲声源的深度类型判别。
性能下降，本节仅考虑激发简正模阶数相同时，方法
在具有一般性意义的等声速浅海波导条件下
对于海深略有失配时的鲁棒性分析。图 18 为海深
进行数值仿真表明，以第一节点深度最接近15 m的
分别为 70 m、72 m 及 75 m 时，H 函数值随声源深
某阶简正模的截止频率为上限，给出工作频率选取
度的变化情况，海深 70 m。由图 18 可知，在不影响
准则。无参数失配时，方法对于定义的水面与水下
声场中简正模阶数的情况下，海深略有失配对方法
声源界限方法判别效果好。声源方位及声源距离、
产生的影响可忽略不计。
海深、阵接收深度和阵列孔径均不影响方法性能。
0
有参数失配时，除海底纵波声速失配对方法影响较
10
大外，方法对于其他参数 (如声源距离、海深等) 的
20
ܦູງए/m 30 ๒ງ75 m 失配鲁棒性好，同时方法可在负梯度及温跃层水文
环境下使用。
๒ງ72 m
40
50 ๒ງ70 m
60
参 考 文 献
70
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16
H/s [1] 朱进, 章新华. 被动声呐目标识别技术的现状与展望 [J]. 舰船
科学技术, 2003, 25(5): 55–58.
图 18 不同海深，H 函数值随声源深度的变化情况
Zhu Jin, Zhang Xinhua. Status and prospects on tech-
Fig. 18 Variation of H versus source depths due niques of recognition for passive sonar targets[J]. Ship Sci-
to the mismatch of water depth ence and Technology, 2003, 25(5): 55–58.