Page 16 - 《应用声学》2021年第4期

500 2021 年 7 月

表 1 IMS 水声台站具体位置
Table 1 The locations of eleven IMS hydroacoustic stations
台站编号 种类 位置 国家 纬度 经度 注册日期
HA01 H-相 卢因角 澳大利亚 34.3 S 115.2 E 2001-12-10
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HA03 H-相 胡安费尔南德斯岛 智利 33.6 S 78.8 W 2003-11-14
HA04 H-相 海克罗泽岛 法国 46.4 S 51.9 E 2017-6-19
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HA08 H-相 迪戈加西亚岛 英国 7.3 S 72.4 E 2000-12-18
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HA10 H-相 阿森松岛 英国 8.0 S 14.4 W 2004-12-15
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HA11 H-相 威客岛 美国 19.3 N 166.6 E 2007-6-8
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HA02 T-相 夏洛特皇后群岛 加拿大 53.3 N 132.5 W 2006-12-20
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HA05 T-相 瓜德罗普岛 法国 16.3 N 61.1 W 2002-1-30
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HA06 T-相 索科罗岛 墨西哥 18.7 N 110.9 W 2005-12-22
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HA07 T-相 弗洛勒斯岛 葡萄牙 39.4 N 31.2 W 2005-11-21
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HA09 T-相 特里斯坦 -达库尼亚群岛 英国 37.1 S 12.3 W 2004-12-22
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除 HA01 台站外，所有水听器台站皆位于相对 性能的联系，它是声呐设计和作战使用的依据，在水
较小的海岛上，由两组电缆构成，每组电缆具有 3 声工程中有十分重要的应用。被动探测的声呐方程
个水听器，且传感器之间彼此相距近乎 2 km，以获 可以表示为
得较大的阵列孔径与监测性能。三元水听器组被置
DT = SL − TL − NL + DI, (1)
于海岛两侧以避免海岛地形阻挡效应的影响。信号
式 (1) 中，SL 为处理带宽内的噪声源辐射声源级，
采样率为 250 Hz，使用 24 bit 量化。在 8 ∼ 100 Hz
也就是水下目标的辐射噪声级，其单位为 dB re
频带内，水听器灵敏度起伏不超过 3 dB。以 HA11
1 µPa ，对声呐系统效能进行理论分析时，未知目标
2
为例，该台站及水听器位置如图 2 所示。北侧水听
的 SL 可按照目标类型设置为一些典型值；NL 为处
器深度约 730 m，海深约 1430 m；南侧水听器深度
2
理带宽内的海洋环境噪声级，单位为 dB re 1 µPa ；
为 740 m，海深约 1180 m。图 2 中的地形信息来源
DI 为接收指向性因子，对于单个无指向性阵元的声
于 GEBCO [10] (General Bathymetric Chart of the
呐系统来说，可以认为DI=0；DT为检测阈，是对于
Oceans)。
预定置信级下，接收机输入端所需要的接收带宽内
20' 信噪比；TL是传播损失，它与海洋环境直接有关，在
5
20ON 对声呐系统效能进行理论分析时，TL 可以使用水
4 声传播模型计算得到。定义优质因数：
40'
ງए/km
3
20' FOM = SL − NL + DI − DT. (2)
2
19ON 通过分析 FOM和TL的关系，即可对声呐系统
40' 1 效能进行理论分析，其中最为关键的就是声呐探测
距离。
20' 0
40' 20' 40' 20' 40'
166OE 167OE
2.2 基于抛物方程方法的声场计算方法
图 2 威客岛台站 HA11 及水听器阵位置
处理地形和声速剖面等环境参数随距离变化
Fig. 2 The locations of the HA11 hydroacoustic
的海洋波导环境中的声传播计算方法有多种，比如
station and the hydrophones
适用于二维情况的水平射线方法、绝热简正波方法
2 IMS水声台站监测能力分析方法 和N ×2D抛物方程方法；解决三维传播问题的绝热
简正波 -射线方法以及绝热简正波 -抛物方程方法。
2.1 被动声呐方程 抛物方程方法 [11] 由于其距离上的递进算法，适合
声呐方程从能量角度综合了声呐参数与声呐 解决水平变化情况下的声场计算问题。