Page 131 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 张润海等： 深海垂直阵空时频域联合线谱增强方法 665

升效果有限。此时，处理 ALE 所使用的计算时间为
2 实验验证
4.88 s，FALE 计算时间为 1.72 s，FALE 时间缩短率
分析 2023 年 7 月南中国海某海域实验，实验用 为 64.80%。增加滤波阶数为 3750 时得到的线谱主
的垂直阵以及声源与接收阵的距离变化与第2 节仿 瓣更窄，区分度更为明显。且由于滤波阶数增加，相
真设置的参数相同，阵元数均为 32，实际中阵元间 当于分块长度增加，每一块数据获得了时间平均增
隔10 m，因此对于频率较高的线谱可能会产生旁瓣 益，因此相应的各线谱的归一化幅度也得以提高。
干扰。实验发射了 79 Hz、100 Hz、105 Hz、126 Hz、 此时，处理ALE所使用的计算时间为27.16 s，FALE
144 Hz、160 Hz 六根线谱，为了获得线谱时间增益， 计算时间为1.7 s，FALE时间缩短率为93.70%。
取较长的分段信号长度为 60 s，将信号重采样后采
样频率为1250 Hz，发射信号在某时刻于1号、15号、 ch-1ηՂᮠ៨
20
31 号阵元接收到的信号频谱图如图 7 所示，可以看 ࣨए 10
到此时除 144 Hz 线谱能量较强能被看出外，其余线
0
谱已经难以用肉眼分辨。 80 100 120 140 160 180 200
ᮠဋ/Hz
实验过程中存在强度较大的航船宽带信号干 ch-15ηՂᮠ៨
扰，由于 ALE 对宽带干扰抑制的有效性，故可用 10
来去除宽带的强干扰。将收敛步长取为 1/10tr[R]， ࣨए 5
画出某一时刻不同滤波阶数下，对应到达角的三 0 80 100 120 140 160 180 200
种处理方式的频谱图 (图 8)，对信号进行短时傅里 ᮠဋ/Hz
叶变换，窗长取 1 s，以 50% 混叠滑动窗，画出时频 ch-33ηՂᮠ៨
20
图 (图 9)，图中的原始信号指单阵元信号，对图 8 和 10
图 9 分析可以得到，CBF 能够利用阵增益从原始信 ࣨए
0
号中初步提取出目标线谱，但宽带噪声干扰仍旧存 80 100 120 140 160 180 200
ᮠဋ/Hz
在。当滤波阶数取 625 时 CBF-ALE 和 CBF-FALE
较CBF均能降低背景宽带噪声，提高信噪比，FALE 图 7 不同通道的频谱图对比
相比于 ALE 几乎没有失真，能够有效提取出确知 Fig. 7 Spectrogram comparison of different
的 6 根线谱，但由于滤波阶数较低，所以信噪比提 channels

CBFnjCBF-FALEᝈए˞61OᄊηՂᮠ៨(L=625) CBFnjCBF-FALEᝈए˞61OᄊηՂᮠ៨(L=3750)
1.0 1.0
CBF CBF
0.9 CBF-ALE 0.9 CBF-ALE
CBF-FALE CBF-FALE
0.8 0.8
0.7 0.7
ॆʷӑࣨए 0.6 ॆʷӑࣨए 0.6
0.5
0.5
0.4
0.3 0.4
0.3
0.2 0.2
0.1 0.1
0 0
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) ໚ฉ᫽஝(L=625) (b) ໚ฉ᫽஝(L=3750)

图 8 CBF、CBF-ALE、CBF-FALE 的到达角频谱图
Fig. 8 Angle of arrival spectrogram of CBF, CBF-ALE, CBF-FALE