Page 47 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 刘与涵等： 深海移动水平阵声源被动定位方法研究进展 43

第一影区中，宽带声源激发的声场强度在频 LOFAR 谱图像处理方法或自相关方法提取频率振
率 -距离维 (频率 -时间维) 呈现两种类型的干涉条 荡周期，估计水面声源的距离 [108−110] 。对于未知深
纹，如图8 所示。第一类条纹可看作Lloyd镜干涉结 度的水下声源，两种条纹斜率相近，仅根据频率干涉
构由直达区延伸至影区，其频率干涉周期与水平距 周期难以辨别，可利用大孔径垂直阵将干涉条纹扩
离和声源深度有关，可用于测深；第二类条纹是由海 展至俯仰角维或沿深度维进行空间平滑，实现两种
底反射波与海底-海面反射波相干叠加形成的，其频 干涉条纹解耦合 [111−112] ；针对水平阵、垂直小孔径
率干涉周期与水平距离和接收深度有关，可用于测 基阵的干涉条纹解耦方法有待研究。此外，当收发
距 [86] 。对于水面船辐射噪声，第一类条纹的频率干 等深时，两种条纹的斜率、频率干涉周期相近，此时
涉周期较大，实际中难以观测到；第二类条纹的频率 声场结构与直达声区相似，可能造成声场区域混淆，
干涉周期较小，在较窄频带内呈现多次振荡，可通过 有待进一步研究。

͜୧૯ܿ/dB ͜୧૯ܿ/dB
50 -60 50
-60
100 100
-80
-80
ᮠဋ/Hz 150 -100 ᮠဋ/Hz 150 -100

200
-120 200 -120
250 250
-140 -140
300 300
10 20 30 40 10 20 30 40
ᡰሏ/km ᡰሏ/km
(a) z s =6 m, z r =150 m (b) z s =150 m, z r =150 m
͜୧૯ܿ/dB ͜୧૯ܿ/dB
50 50
-60 -60
100 100
-80 -80
ᮠဋ/Hz 150 -100 ᮠဋ/Hz 150 -100
200
200
-120
-120
250 250
-140
300 300
10 20 30 40 10 20 30 40
ᡰሏ/km ᡰሏ/km
(c) z s =300 m, z r =150 m (d) z s =500 m, z r =150 m

图 8 声影区内不同声源深度条件下的干涉条纹 [113] (接收深度固定为 150 m，蓝色、黑色曲线分别表示第一
类、第二类干涉条纹)
Fig. 8 Interference patterns in the shadow zone in conditions of difference source depths [113] (Receiver
depth is fixed at 150 m. Blue and black curves show the first and second kind of striations respectively)

由于海底反射损失影响，声影区的传播损失 构条纹结构 [111,114−115] 。相比宽带连续谱条纹，明
显著高于球面扩展损失，研究适应低信噪比条件 暗交替的线谱更加易于检测。若基阵具有俯仰角
下的定位方法尤为重要。针对 LOFAR 谱干涉条纹 分辨能力，可沿俯仰角正弦 (sinϕ) 维度或垂直波数
被噪声淹没问题，可利用二维 Fourier 变化方法提 (k z ≡ k · sin ϕ)维度提取线谱干涉周期，解算声源深
高条纹检测增益；当基阵具有俯仰角分辨能力时， 度；对于垂直双阵元(垂直双水平阵)，可通过线谱干
可将距离 -频率维干涉结构矩阵扩展至距离 -俯仰 涉结构的时间间隔实现声线分离，进而估计水面声
角 -频率维干涉结构张量，利用低秩近似等方法重 源的距离 [97,111,116] 。