Page 10 - 《应用声学》2022年第4期
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             关。基于这一规律提出了一种基于修正傅里叶变换                            时傅里叶变换的干涉条纹增强方法，实验表明，该方
             的单频信号目标深度估计方法并能区分表面声源                             法与固定窗长相比所获得的混响干涉结构更加清
             和水下声源。之后，Kniffin 等           [31]  对该上述测深方          晰。因此，从增强干涉条纹方面入手，降低背景噪声
             法的性能及限制进行了研究，发现海面起伏对接收                            的影响，亦不失为一种提高目标信噪比的方法。综
             声场的空间干涉结构影响较大，对判决结果造成较                            上所述，利用声场频域干涉结构对远程低信噪比的
             大影响。尽管该方法仍处于理论仿真阶段，但这种                            目标进行定位的相关技术仍需进一步的研究。
             深度判别技术不需要了解具体的海洋环境便可以                             3.1.3 其他RAP下的传统目标定位方法
             对声源深度进行判决，对辨别表面声源和对水下声
                                                                   20 世纪 70 年代至今，水声信号处理方法的一
             源的探测都有指导意义。2017 年，李辉               [2]  利用傅里
                                                               个重要进展就是将水声物理与信号处理方法相结
             叶变换将频域干涉振荡周期与目标径向运动速度
                                                               合，产生了匹配场处理 (Matched-field processing,
             信息和目标深度信息关联起来，提出了基于深海大
                                                               MFP) 技术。1985 年，Fizell 等     [37]  在北冰洋水域首
             深度声场互相关特性的单水听器目标定位方法。此
                                                               次利用 MFP 方法进行声源远距离定位并取得较好
             外，Duan 等   [32]  使用简正波的射线描述方法，结合
                                                               效果，由此 MFP 技术逐渐成为水声信号处理研究
             “Lloyd Mirror” 干涉原理揭示了劳埃德镜中明暗条
                                                               的热点课题。RAP 下的目标被动定位可以通过使
             纹形成的机理，提出了一种定量计算深度-距离干涉
                                                               用信号的到达时延或声强的 MFP 方法实现。Lei
             条纹分布的方法。Qi 等         [33]  提出了一种基于简单的
                                                               等 [38]  通过匹配两个水听器接收信号的互相关函数
             虚源理论表达式来描述从水下声源到近海面的直
                                                               输出来定位声源位置。然而，该方法要求两个同步
             达声和海面反射声干涉结构的方法，并利用放置在
                                                               水听器之间要有很大的间距。结合声强对声源深度
             海底附近的单矢量水听器对声源深度进行估计。
                                                               和频率的变化非常敏感这一特征，Yang 等                  [39]  提出
                    ܦԍ͜୧૯ܿ(ܦູງए10 m, ଌஆງए4110 m)               了一种在深海中利用非同步垂直阵列估计声源深
                  20                                           度和距离的方法。西太平洋的实验结果表明，该方
                                                   -70
                                                               法可以利用非同步垂直阵列对固定声源进行定位。
                                                   -80
                  15
                                                                   尽管 MFP 方法被广泛研究，但在实际应用中
                                                   -90
                 ᡰሏ/km  10                         -100        仍面临着诸多挑战。最突出的问题在于海洋信道是
                                                   -110        时变空变的，并且信道的传输函数类似于一个 “梳
                   5                                           状滤波器”     [40] ，这就导致仿真声场和测量声场之间
                                                   -120
                                                               并非完全一致，从而影响匹配场定位算法的性能。
                                                   -130
                   0                                           为了解决失配问题，环境聚焦 MFP 和贝叶斯匹配
                       100   200   300  400   500
                               ᮠဋ/Hz                           场定位等一些改进的 MFP 方法孕育而生，但是这
                                                               些方法又增加了实时处理的难度，不便于实时实现。
                           图 7  频域干涉结构图
                                                                   此外，当目标辐射声信号较弱时，基于 RAP 的
                Fig. 7 Frequency domain interference structure
                                                               被动探测作用距离变短甚至无法检测到目标。基于
                 翁晋宝等     [34]  指出，深海直达声区内的对干涉                 这一点，刘雄厚等        [41]  提出一种基于 RAP 的主动探
             结构主要贡献的是声源辐射的直达声与海面一次                             测方法，并对其探测性能进行初步评估和分析，根据
             反射声，频率最小干涉周期为直达声和海面一次反                            主动声呐方程将回声余量作为主动探测方法性能
             射声之间的时延差的倒数。随着目标距离的增加，                            预测的指标，建立了基于RAP的主动探测性能评估
             时延差逐渐减小，干涉周期增加，从而影响估计精                            模型，为RAP下的声呐探测提供了一个思路。但是，
             度。此外，干涉条纹易受环境因素的影响导致干涉                            该方法所建立的评估模型仅考虑了噪声占优情况
             条纹模糊甚至被背景噪声覆盖，进而影响后续处理。                           下基于大深度的主动声呐探测性能，忽略了海面混
             针对这种情况，李浩琦等            [35]  利用了 Gabor 滤波的        响、深海信道起伏、噪声场起伏等在实际探测时所
             方法对干涉条纹图像进行增强去噪，仿真结果表明，                           面临的不利因素。2014 年，王鸿吉等               [42]  利用 RAP
             该方法明显地增强了条纹的清晰度，有利于对目标                            的声传播特性，对水雷声引信系统进行了改进，使得
             的参数提取。唐浩等          [36]  提出一种基于变窗长的短              水雷布置在深海区域也可以稳定地对其进行引信
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