Page 49 - 《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                                           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
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