Page 18 - 《应用声学》2021年第6期

814 2021 年 11 月

实验中采用半径为 0.2 m 的充水铁球作为目标 匹配滤波后的输出结果，图中的数据是采用时间长
球，通过绳子连接目标球和水面浮子，目标球和浮子 度为 35 ms 的时间窗截取出的信号部分，横坐标的
之间的绳长即目标位于水下的深度，应用GPS对水 时间表示相对到达时间，从图 7 中可以看出不同深
面浮子进行定位，从而间接确定目标的位置。保持 度的接收信号具有不同的信号到达结构，且根据这
水面浮子位置不变，那么在平稳环境的条件下，可以 些到达结构可清晰地分辨出不同传播路径的到达
假设目标的位置保持不变。各个发射阵元单独反射 波信号。
信号，发射信号的周期为 0.5 s，然后分别记录不同
发射阵元对应的接收信号矩阵。实验中采用的发射
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信号为中心频率为24 kHz、带宽为8 kHz、时间长度 2 3
为 10 ms 的线性调频信号，接收信号的采样频率为 4 5
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120 kHz。在图 3 所示的探测系统中，以发射垂直阵 7 8
所在直线与水面的交点为原点建立直角坐标系，设 ଌஆᤰ᥋ 10 9
水平指向接收阵的方向为 x 轴方向，垂直指向海底 11
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的方向为z 轴方向。 13
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15
0 16
ԧ࠱᫼Ћ
ଌஆ᫼Ћ 0 5 10 15 20 25 30 35
5 ௑ᫎ/ms

图 7 第 1 号发射阵元对应的接收阵列信号结构
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ງए/m Fig. 7 The received structure of the 1 st source
15 element
以第4 号接收阵元的接收信号为例分析接收信
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号的到达结构，如图 8 所示，从图中可以看出，接
0 10 20 30 40 50 60 70 收信号中主要存在 5 条主要的到达波，分别对应直
ᡰሏ/m
达路径、一次水底反射路径、一次水面反射路径、
图 5 湖试实验阵元布放示意图
水面 -水底反射路径和水底 -水面反射路径，这些路
Fig. 5 The illustration of the positions of sources
径的到达信号已用数字#1 ∼ #5标出，同时可以从
and receivers in lake experiment
图中观察到，除这 5 条主要途径之外还存在一些散
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射信号干扰了真实的到达信号，如图 8 中用 “*” 标
出的到达波，这与未知的海底环境以及水下可能存
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在的其他反射源有关。
考虑每对收发之间的 5 条主要到达成分，得
ງए/m 10 到如图 9(a) 所示的本征声线分布图。提出的目标

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定位方法主要是通过筛选稳定到达结构中的扰动
声线实现的，因此该探测系统的探测范围即待筛
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选声线集 Q 中所有声线的第一菲涅耳区形成的区

1440 1442 1444 1446 1448 1450 1452 1454 域，结合扰动声压敏感核的空间分布，可以得到
ܦᤴ/(mSs -1 )
该实验中的探测范围如图 9(b) 所示，从图中可以
图 6 湖试实验环境的声速分布曲线 看到，由于阵元位置分布以及不同传播声线路径
Fig. 6 The curve of sound speed profile in lake 的差异，探测区域内不同位置的声线分布密度不
experiment 相同，在湖试实验的阵列参数条件下，探测区域
两个垂直阵的阵元分别从上至下进行编号。 的左上方、左下方、右上方和右下方 4 个区域均为
图 7 给出了第 1 号发射阵元对应的阵列接收信号经 探测盲区。