Page 48 - 《应用声学》2025年第1期

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影区的声波到达俯仰角较大，但受限于水平阵 纹通常由波导不变量(β)分布描述，β 分布在影区接
的圆锥角模糊特性，当声源方位偏离基阵正横方向 近 1，干涉条纹斜率较小；而 β 分布在会聚区趋近无
时，测向结果存在显著偏差。为了修正水平阵测向 穷大，干涉条纹斜率明显大于影区 [123−124] 。对于给
偏差，一种方法是改变基阵航向角，利用转向前后两 定频率，距离维声场强度与相邻两阶会聚模态之间
次舷角测量结果，解算声源方位角/俯仰角；另一种 的水平波数差有关，可由三个标量参数近似描述，分
方法是先利用波束输出信号估计声源距离，再将距 别表征会聚区跨度、会聚区宽度以及会聚区侧倾程
离值换算为到达俯仰角 (或相速度)，进而得到真实 度 [125] 。上述声场特征可为会聚区声源判定提供理
方位 [59] 。 论依据，需进一步研究声场特征参数的提取方法，并
当前，声影区的定位方法主要针对第一影区。 利用实际海试数据进行验证。
相邻号声影区具有相似的多途到达结构和多途干
80 100
涉结构，理论上，适用于第一影区的定位方法可沿用
至第二影区，但影区号数判别方法有待研究。此外， 60 90
针对声影区的信号检测与估计方法较少。考虑到影 ᮠဋ/Hz 47.9 Hz ͜୧૯ܿ/dB
区干涉结构随接收深度变化显著，对于垂直小孔径 40 80
基阵，平面波波束形成可能造成基阵处理增益下降，
20
需要深入研究深度维干涉结构与阵增益补偿方法， 70
40 50 60 70 80
频移补偿、条纹基波束形成等方法都是可以考虑的 ᡰሏ/km
技术途径。除了借助海底反射声波之外，研究表面 (a) ܦູງए50 m
波导及其泄露效应形成的声场特征，也是影区声源 80 100
探测定位技术的发展思路。
60 90
4.3 会聚区定位方法 ᮠဋ/Hz ͜୧૯ܿ/dB
会聚区传播是深海环境特有的现象，声波经由 40 28.6 Hz 80
水体折射反转，在海面附近聚焦形成高声强区域。
20
得益于聚焦增益，会聚区的声传播损失较球面扩展 70
40 50 60 70 80
损失低20 dB左右，十分利于远程声传播，是移动水
ᡰሏ/km
平阵远程探测的重要区域 [117] 。 (b) ܦູງए80 m
会聚区的空间分布与声源深度密切相关。当声 图 9 会聚区甚低频声场的水平偏移特性 [119] (接收深
源和基阵均位于海面附近时，会聚区宽度较窄；随着 度固定为 20 m，声源深度由 50 m 增大至 80 m，临界频
收发深度逐渐增大，单号会聚区将分裂为内半会聚 率由 47.9 Hz 减小至 28.6 Hz)
区和外半会聚区，且内半会聚区距离逐渐减小，外 Fig. 9 Horizontal migration characteristics of conver-
半会聚区距离逐渐增大 [118] 。甚低频声场中，会聚 gence zone [119] (Receiver depth is fixed at 20 m. As
source depth increases from 50 m to 80 m, the critical
区的水平偏移特性也与声源深度有关。完全深海声
frequency decreases from 47.9 Hz to 28.6 Hz)
道存在一个临界频率，当声源频率低于临界频率时，
随着频率进一步降低，会聚区形成的距离逐渐减小， 会聚区宽度、接收信号强度、干涉条纹等特征
即会聚区出现水平偏移现象，如图 9 所示。值得注 可用作声源运动态势判定。当声源穿越某一号会聚
意的是，上述临界频率还与声源深度有关，因此，结 区时，在会聚区的前沿/后沿处，接收信号会显著增
合声源频率与会聚区的水平偏移量，可估计声源深 强/减弱，据此可判定声源进入/离开会聚区。在此
度 [119−120] 。以上空间分布规律可为会聚区的声源 基础上，假设声源在会聚区宽度内保持匀速直线运
深度判别提供理论依据，但公开文献中有关算法研 动，测量声源穿越该号会聚区的方位、时间，并由声
究较少 [121−122] 。 场模型预报会聚区距离及宽度，可根据几何三角关
会聚区与非会聚区之间的声场差异可用作会 系解算声源航向和航速 [126] ；假设声源在会聚区跨
聚区声源的判定依据。声场的频率 -距离维干涉条 度内保持匀速直线运动，待声源穿越另一号会聚区，