Page 47 - 《应用声学》2025年第1期
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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] 。
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