Page 7 - 《应用声学》2022年第4期
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第 41 卷 第 4 期            沈同圣等： 可靠声路径传播特性及目标定位方法研究现状                                          505


             究。RAP 最早应用在美国建立的深海海啸灾害监                           (200 Hz 以下) 环境噪声比临界深度以上海域的低
             测系统，该系统提供了远程监测海啸的能力，在海                            频环境噪声低约 20 dB，这一现象用 Snell 定律解释
             啸监测方面发挥着重要的作用。2004年发生的印度                          为是由远处 (超过 200 km) 舰船噪声无法穿透到临
             洋海啸促使该系统于2008 年升级为DARTII                [8]  (如   界深度以下海域造成的。他提出对于放置在海底
             图 3 所示)。美国国防部从中认识到 RAP 传播损失                       的声源，可以利用 RAP 进行检测，并且当阵列处于
             小、环境噪声级低的特点，研究了分布式潜艇捕猎                            RAP 附近时，效果更好。2009 年 –2011 年，美国将
             系统  [9] 。此外，该系统在第二阶段开发了一种可变                       RAP 的声传播研究作为实验的一部分，在菲律宾海
             形的被动式固定声呐系统，可以实现与近海面节点                            先后组织了 “PhilSea09” 和 “PhilSea10” 两次实验，
             进行水声通信。Duan 等         [10]  对 RAP 的物理特性进          并有一些研究成果         [7,12] 。其中，在太平洋的东北部
             行了分析，并总结出其4个特征：                                   和中北部地区，由于海洋内波、由温度和盐度变化
                 (1) RAP 是阵列 (水听器) 接收目标声信号的                    引起海洋部分区域密度相互补偿等因素会导致小
             直接路径，海面散射和海底反射影响较小；                               范围声速的波动；在研究北太平洋中部和东部远程
                 (2) 当阵列 (水听器) 放置在临界深度以深时接                     深海宽带声波传播时，发现即使在深海中，短距离
             收到的环境噪声远低于在临界深度以浅阵列 (水听                           内与海底相互作用的声波明显地影响接收到的信
             器)接收到的环境噪声；                                       号。Kathleen 等   [13]  利用全深度布放式垂直线列阵
                 (3) 在中等距离范围以内 (40 ∼ 50 km)，当利                 (Distributed vertical line array, DVLA) 采集到的
             用RAP监听目标时没有盲区；                                    数据，分析了环境噪声随深度变化的趋势，结果如
                 (4) 对于窄带声源被动定位，基于多途到达角                        图 4(a) 所示。由图可以看出，100 Hz 以下的频率范
             的方法在距离方向上的分辨率比在深度方向上的                             围内，4000 m 以深的环境噪声级显著降低。同年，
             分辨率高。                                             Worcester 等 [7]  利用“PhilSea10”的实验数据，分析
                                                               出另一组环境噪声随深度变化的全年平均值，结果
                                                               如图 4(b) 所示。实验结果说明，最深处的环境噪声
                                                               级相比于近海面的环境噪声级要低 10 dB 左右，相
                                                               比于深海声道轴附近的环境噪声级甚至要低 15 dB
                                                               左右。这也是 RAP 吸引人们关注的重要因素之一。
                                                               Shi 等 [14]  对巴士海峡附近约 3500 m 深的海域进行
                                                               了环境噪声的观测统计，结果如图 5 所示。可以看

                                                               出，随着频率的增大，对应的环境噪声谱级有所
                                                               下降。尽管该实验未涉及 RAP 下的环境噪声观测，
                                                               但是对直达声区环境噪声的研究分析仍有重大的
                                                               意义。
                                                                   2016 年，Vincent 等  [15]  研究了 RAP 下分层扫
                                                               描的可行性，被认为是与海底大地测量的精确定位
                                                               相结合的回声测深的延伸            [16] 。2018年，Duan等   [17]
                                                               利用在菲律宾海进行的 RAP 实验，提出了基于海
                        图 3  DARTII 系统示意图    [8]
                                                               底损失(Bottom loss, BL)的反演方法。该方法由位
                     Fig. 3 DARTII system diagram [8]
                                                               于海底深处的水听器和一个携带声源的移动船舶
                 现今已有的对于 RAP 的环境噪声测量的文                         组成。通过假设海底模型使得利用反演结果模拟的
             章较少，但是其仍对 RAP 的研究提供了不少助                           BL与实测BL一致。因为很难获得海底真实参数作
             力。Gaul 等   [11]  发现在临界深度以下海域的低频                   为参考，反演的结果可能会存在一定误差。
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