Page 56 - 《应用声学》2023年第2期

244 2023 年 3 月

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0 引言

以水下蛙人、水下无人平台为代表的水下运动 ͜୧૯ܿ ຉ־
小目标是港口及近岸水域反恐的重要防范对象。为 ូட
了保障我国经济的发展和社会的安定，迫切需要发 ۳̆ଊ฾ഐဋਖᅼᄊ ܦչ
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展智能化的水下安保系统，保障沿海设施的安全。 ງए
蛙人探测声呐不仅可以探测水下蛙人，还可实现自
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动报警、监控及跟踪。在对目标进行搜索的过程中，
蛙人探测声呐的探测概率会受到作用距离的直接 ࠄᬅဗܒʾᄊ ܦչ࣋ஊງए
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影响，而作用距离又会随着其布放深度的不同产生
差异。因此有必要研究在给定环境信息情况下，最 图 1 声呐布放深度优化技术框架图
佳声呐布放深度的计算方法。 Fig. 1 Sonar deployment depth optimization
目前已有学者对声呐最佳布放深度的获取方 framework diagram
法展开研究。郁红波等 [1] 通过潜艇在不同深度航
2 算法模型
行的概率分布，计算出吊放声呐不同入水深度下
的平均探测距离，得到了不同声速剖面下吊放声 2.1 基于探测概率感知的声呐性能评估模型
呐的最佳入水深度；战和等 [2] 提出的方法能够自 为了直观、定量地对声呐的探测性能进行评估，
动识别声速剖面类型并利用规律快速给出吊放声 以射线理论为基础建立基于探测概率感知的声呐
呐最佳工作深度；熊雄等 [3] 以等效作用距离最大 性能评估模型。将声呐工作区域的目标海区栅格化，
准则为基础，提出距离调节因子的声呐工作深度 利用声呐方程将水声环境和声呐系统结合，计算每
优化选择模型，得到不同战术任务下声呐的最优工 个栅格内的信号余量；然后根据信号余量与探测概
作深度。上述研究都是基于声呐的作用距离最大 率间的对应关系，求出每个栅格内声呐对目标的探
准则选择最佳工作深度，实际声呐应用中常常对某 测概率，其大小反映了声呐的探测性能。
海区固定区域进行探测，以声呐对目标区域的探测
2.1.1 基于射线理论的传播损失模型
概率最大为准则去选择最佳工作深度暂时还未见
假设声线声压u(s, n)表示为
报道。
本文提出一种声呐布放深度自适应调整算法， u (s, n) = A (s) ϕ (s, n) e jwτ , (1)
该算法以声呐对目标区域的探测概率最大为准则， 其中，A 为沿声线方向的振幅；ϕ为垂直于声线中心
使得声呐对目标位置的探测概率达到最高，且又能 方向的位移；s 为沿声线方向的弧线；n 为垂直于声
保证声呐的作用距离尽可能的远。仿真考虑浅海动 线中心方向的位移；w 为圆频率；τ 为沿声线的传播
态环境变化尤其是声速剖面变化对蛙人探测声呐 时间。
性能影响，使用所提优化算法调整声呐布放深度。 在柱坐标系下，控制方程为

dz
 = cζ (s) ,

1 问题描述 
 ds



 dζ 1 dc

 ,
假设目标位置已知，当浅海海洋环境变化时，  ds = − c dz

2
声呐发射的声信号传播路径改变会影响声呐方程  dr (2)

 = cξ (s) ,

中的传播损失项，从而影响声呐对目标的探测性能。  ds




 dξ
研究表明声呐的探测性能受其布放深度的影响较  = − 1 dc ,

ds c 2 dr
大，因此适当调整布放深度可优化其性能。以图1为
其中，r 和z 分别表示水平距离和深度；ζ 和ξ 为与掠
研究思路，其中基于探测概率感知的声呐性能评估
射角有关的两个中间变量，
模型是计算声呐最佳布放深度的基础，具体过程将
sin θ cos θ
在第2节给出介绍。 ζ = , ξ = , (3)
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