Page 25 - 《应用声学》2024年第1期

第 43 卷 第 1 期 刘与涵等： 深海声影区时频谱干涉结构与声源定位 21

之内，绝大部分噪声则分布在红框之外。与之相比， 掉。综上所述，当2-D FT幅度谱中出现两个或以上
图 11(b) 中的背景噪声和条纹能量具有一定的空间 谱峰时，可初步判定靠近原点的为伪峰，在多频带累
分布特性，0.625 ∼ 0.75 归一化频带内的条纹能量 加后的 2-DFT 幅度谱中，可进一步判定能量较低的
明显高于 0.5 ∼ 0.625 频带，导致图 11(d) 在坐标原 为伪峰。以上分析针对目标船辐射噪声的连续谱成
点附近形成了幅度较大的伪峰，其幅度大于红框内 分，当存在强线谱成分时，2-D FT 幅度谱中可能会
由干涉结构形成的谱峰。因此，直接搜索2-D FT幅 出现其他性质的谱峰，有待进一步研究。
度谱的最大值点可能会错误地提取所需干涉周期。 利用所提出的2-D FT方法分别检测图10中两
所幸的是，通过第2 节提出的横纵坐标上下界，类似 张时频谱中的干涉结构，时频谱窗所用的带宽、时
于对时频谱窗进行二维图像带通滤波，利用横坐标 长和重叠率参数均与仿真实验相同。
(sum)
下界可滤除图11(d)中的伪峰。 首先，I ˜ win 沿自变量 k f 切片的时间历程如
事实上，由背景噪声形成的谱峰有可能出现在 图 12(a) 和图 12(b) 所示，对应的声源距离估计结
分析的上下界内，但仍可通过谱峰的相对位置以及 果如图 13(a) 和图 13(b) 中的橙色点迹所示。在较
多频带处理后的谱峰能量加以判别。首先，受背景 高 SNR 条件下，除归一化时间 0.7 处存在测距间断
(sum)
噪声和条纹能量分布的影响，观测到的条纹数量相 外，在大部分时间 I ˜ win 沿 k f 方向呈现的谱峰比较
比于原有数量通常减少而不是增加，因此 2-D FT 清晰，利于 ∆f 提取，因此测距连续性较好。在较低
幅度谱中的伪峰通常比干涉结构形成的谱峰更加 SNR 条件下，归一化时间前 0.2 部分未能有效提取
靠近原点。其次，式(12)将各个频带内的2-D FT幅 ∆f，得到了错误的测距结果，但在归一化时间0.2以
(sum)
度谱进行累加，不同频带形成的伪峰通常会出现在 后I ˜ win 沿 k f 方向仍然呈现出比较清晰的谱峰，除
不同位置，因此伪峰能量在累加过程中逐渐被平均 归一化时间0.7处以外的测距连续性较好。

/dB /dB
1.0 0 1.0 0
-5
0.8 -10 0.8 -5
ॆʷӑ௑ᫎ 0.6 -15 ॆʷӑ௑ᫎ 0.6 -10

0.4
-20 0.4 -15
0.2 -25 0.2 -20
0 -30 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ॆʷӑ k f ॆʷӑ k f
(a) SNRᣗᰴᄊ k f வՔѭྟ௑ᫎԋሮ (b) SNRᣗͰᄊ k f வՔѭྟ௑ᫎԋሮ
/dB /dB
1.0 0 1.0 0

0.8 -5 0.8 -5
ॆʷӑ௑ᫎ 0.6 -10 ॆʷӑ௑ᫎ 0.6 -10

-15
-15
0.4
-20 0.4 -20
0.2 0.2
-25
-25
0 0
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0
ॆʷӑ k t ⊳f center ॆʷӑ k t ⊳f center
(c) SNRᣗᰴᄊ k t ⊳f center வՔѭྟ௑ᫎԋሮ (d) SNRᣗͰᄊ k t ⊳f center வՔѭྟ௑ᫎԋሮ
(sum)
图 12 海试数据中 I ˜ win 在最大值点沿自变量 k f 和 k t/f center 切片的时间历程
Fig. 12 The time records of slices along the independent variables k f and k t/f center centered on
the maximum points of I ˜ (sum) from the experimental data
win