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.
