Page 49 - 《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 45

再次测量其方位、穿越时间，并结合前述航速估计 进一步研究其形成条件，并利用海试数据进行充分
结果，可解算声源所在会聚区号数 [127−130] 。以上几 验证 [106] 。
何定位方法所需观测时间较长，且对目标航行状态
300
要求比较苛刻，而利用干涉条纹则可快速判定声源
运动态势。通常认为，在深海完全声道中，会聚区
295
声场的干涉条纹主要由折射类简正波形成，对应的
β 值为负，即干涉条纹随着频率增大指向距离减小
的方向；在非完全声道中，海底反射也可形成会聚 ᮠဋ/Hz 290
区，干涉条纹则由反射类简正波形成，对应的β 值接
近1，干涉条纹样式与浅海相似，据此可判定声源接 285
近/远离态势 [131−134] 。
利用会聚区效应实现远程定位的同时，存在会
280
聚区模糊问题。位于不同号会聚区的声源激发的声 127.5 128.0 128.5
ᡰሏ/km
场，在局部区域具有很强的相似性，常规匹配场、声 (a) ᡰሏ-ᮠဋࣰ๘౎ጯ
强匹配处理等方法会在非目标会聚区形成较高旁
1.0
瓣，难以判定声源所处的会聚区号数 [135] 。考虑到声
源空间分布具有稀疏性，利用压缩感知方法可抑制 0.8
非目标会聚区旁瓣，但需要较高的接收信噪比 [136] 。
根据多途时延差随接收深度的变化关系，可在第 0.6
一/第二会聚区宽度内估计声源距离，但需要声源 ॆʷӑ Ε(β)
所在会聚区号数作为先验信息 [137] 。 0.4
考虑到相邻号会聚区的水体反转声波具有很
0.2
强的相似性，研究人员转而尝试利用海底 -海面反
射声波进行会聚区号数判别。一种技术途径是将 0
-50 -25 0 25 50
MFP 推广为匹配波束定位方法。首先通过波束形 β
成将测量场和拷贝场变换至波束域，并对大角度 (b) ฉ࠮ˀԫ᧚Ѭ࣋Ѧ஝
范围的波束进行积分，达到去除反转声线波束、保 图 10 内半会聚区存在反转类简正波与边界反射类简
留海底 -海面反射声线波束的效果；这也相当于去 正波形成的干涉条纹，其波导不变量分布为正 [106]
除低阶简正波簇、保留高阶简正波簇，即通过空域 Fig. 10 Inner half of convergence zones can be char-
滤波间接实现模态滤波，以期增大不同号会聚区 acterized by the presence of interference patterns
的差异性，提高模糊度表面的峰值 -旁瓣比。该方 formed by refracted modes and boundary-reflected
modes, and its waveguide invariant distribution is
法需要较大的垂直接收孔径，且滤除了占主要能量
positive [106]
的反转声波，其代价是降低模糊度表面的峰值 -背
景比，对信噪比要求较高 [4] 。另一种技术途径是利 4.4 跨声场区域的定位方法
用多途/多模态的干涉结构进行会聚区判别。海试 当声源位于声场区域交界处时，空间谱分裂现
数据表明，当收发深度较大时，在内半会聚区可明 象可用于声源测距。在直达声区与第一影区交汇点
显观测到斜率为正的干涉条纹 (通常认为会聚区的 以里，声波以直达路径和海底反射路径传播，水平阵
干涉条纹斜率为负)，如图 10 所示。该条纹是由反 测量的空间谱将分裂为两部分，如图 11所示。一部
转类简正波与海面 -海底反射类简正波相互干涉形 分对应直达路径，谱峰方位与声源真实方位基本一
成，在不同号会聚区，海面 -海底反射类简正波的群 致；另一部分对应海底反射路径，谱峰方位偏向基
速度不同，致使干涉条纹的频率振荡周期具有一定 阵正横方位，容易被误判为两个目标 [138] 。对于几
差异，构成了第一/第二会聚区的可区分性。上述 百米以浅的声源，空间谱分裂角与声源方位及距离
干涉特征对声速剖面和收发深度具有一定要求，需 有关、与声源深度近似无关，利用分裂角可解算海