Page 51 - 《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                                           47


             知器与 MFP 方法相结合,实现了声源距离 -深度联                        下声源判别技术深入研究并将逐步转入实际应用,
             合估计   [145−146] 。近年来,深度学习技术逐渐被应                   而会聚区号数/影区号数判别尚处探索阶段,匹配
             用于深海声源定位,相比传统定位方法表现出更高                            场与机器学习的融合处理有望提升定位方法的普
             的定位精度和宽容性。例如,通过卷积神经网络进                            适性。
             行大深度直达声区的声源测距,在30 km 范围内的                             笔者认为,深海移动水平阵定位技术的未来发
             平均测距误差为7.9%        [147] 。另外一组海试数据表明,             展趋势及可能的研究思路包含如下:
             当声速剖面、海底声学参数具有一定误差时,卷积                                (1) 直达声区定位方面,现有的多途定位方法
             神经网络表现出相比 MFP 更高的定位稳健性                   [148] 。  主要针对可靠声路径应用场景。移动水平阵面临收
             利用卷积神经网络学习深海第一、第二会聚区的声                            发深度相对关系不确定等问题,需要研究现有定位
             场空频干涉结构特征图,可进行会聚区号数分辨,其                           方法的适用性及改进方法。
             分辨精度和环境宽容性优于 MFP 方法                 [149] 。通过         (2) 声影区定位方面,目前制约定位有效性的
             深度迁移学习方法,可增强卷积神经网络在环境失                            主要因素是接收信噪比。需要研究利用海底反射声
             配条件下的泛化能力          [150] 。利用多任务学习方法进              波时 -空 -频特性的相干增益提升方法、利用表面波
             行深海声源定位,能够提高阵列倾斜情况下的稳健                            导及其泄露效应的声源探测定位方法、利用主动声
             性  [151] 。利用声场多途特征的定位方法通常需要人                      呐及通信声呐的多基地有源探测定位方法。
             工区分提取到的多组多途参量,针对这一问题,可                                (3) 会聚区定位方面,会聚区号数判别问题进
             将单水听器接收信号自相关函数输入卷积神经网                             一步拓展研究思路,进一步研究水声环境、声源/基
             络,实现深海直达声区内的声源定位;有学者利用频                           阵位置与会聚区号数可区分性的关系,以及会聚区
             率-距离维干涉结构训练卷积神经网络,在深海直达                           判别有关声场特征的提取方法。
                                                                   (4) 传统几何定位方法主要基于方位 -距离平
             声区内进行声源定位,距离估计误差2.10%,深度估
                                                               面内的二维几何模型,对于浅海环境的中近距离声
             计误差 3.08%   [152−153] 。此外,基于循环神经网络和
                                                               源定位具有较好的适应性。需要研究几何定位方法
             MFP 方法,可利用单声源拷贝场数据进行训练,实
                                                               对于深海、低频声场的有效性及改进方法。
             现多声源定位      [154] 。
                                                                   (5) 目前,深海 MFP 方法以垂直阵为主,需要
                 机器学习类方法能够处理复杂的数据集,从大
                                                               研究匹配场用于移动水平阵的适用性及改进方法。
             量海试及仿真数据中挖掘有用的环境特征和模式,
                                                               此外,可进一步研究匹配场处理器、声场多途特征
             从而提高定位算法的准确性和适应性。当前,机器
                                                               与机器学习相结合的方法,提升定位方法的环境适
             学习类深海声源定位方法主要针对小孔径垂直阵,
                                                               应能力和跨声场区域的普适性。
             针对水平阵应用场景研究较少。将深度学习、强化
                                                                   (6) 实际中,移动水平阵受到复杂背景噪声影
             学习等前沿技术应用于深海声场特征的挖掘与提
                                                               响,定位效果受限。例如,三元阵、垂直双水平阵具
             取,有望进一步提高定位精度、提高定位宽容性、提
                                                               有多个子阵,各子阵的背景噪声级差异显著,致使三
             高多目标分辨能力,以及处理会聚区/影区号数判别
                                                               元阵定位方法、垂直双阵元定位方法的各通道输入
             等问题,是未来被动定位技术研究的一个重要方向。
                                                               信噪比相差较大。需要研究背景噪声抑制、多通道
                                                               信噪比均衡等信号预处理方法。
             6 结论与展望
                                                                   (7) 需要进一步研究深海声源探测定位能力与
                 近年来,深海声源被动定位技术蓬勃发展,将                          声场空间采样的相关性,为移动水平阵形态设计和
             在移动水平阵声呐装备应用方面发挥重要作用。文                            阵元位置分布设计提供理论依据。
             中梳理的研究主要包括传统几何定位方法、MFP方
             法、深海环境适配方法以及机器学习类方法。对于                                           参 考 文        献
             移动水平阵声呐装备,三元阵、聚焦波束形成以及
             直达区环境适配方法可应用于近程定位,TMA 以                             [1] 谢亮, 林旺生, 王鲁军. 基于拖曳线列阵的深海被动探测研究
                                                                   进展 [J]. 声学与电子工程, 2019(3): 46–51.
             及影区、会聚区环境适配方法可应用于中远程定位。                             [2] 杨坤德, 李辉, 段睿. 深海声传播信道和目标被动定位研究现
             针对长距离范围 (跨声场区域) 定位问题,水面/水                             状 [J]. 中国科学院院刊, 2019, 34(3): 314–320.
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