利用海底反射时延结构的深海海底反射区目标距离深度估计方法

针对收发深度关系未知时利用时延差进行距离深度估计可能会出现伪源的问题,提出了一种利用4个时延差直接进行距离深度估计的方法。该方法通过分析4条多径间4个时延差的关系,利用伪源与真实位置间同种时延差的差异,构造模糊平面进行定位,无需判断收发深度关系即可排除伪源,且在单水听器上即可实现。仿真实验与误差分析验证了该方法的有效性,海试结果表明,该方法在两个不同深度的单水听器上均成功实现了对11.0~16.5 km目标的距离深度估计,距离和深度的均方根误差分别小于1.1 km和54 m。

深海海底反射区声场角谱域分布结构分析及在声纳波束俯仰上的应用

深海海底反射区的声场干涉导致能量起伏,存在不连续的若干声纳可探测区.主动声纳探测海底反射区目标时,必须建立起声纳可探测区与波束俯仰角间的量化关系,通过合理选择最优发射波束俯仰角,才能使其对准声纳可探测区.本文通过理论分析和数值仿真,指出海底反射区离散的声纳可探测区的形成与不同掠射角声线能量周期性起伏直接相关,当主动声纳波束俯仰角与某个声线能量峰值对应的出射角一致时,可保证在一个对应的声纳可探测区内获得高的发射阵增益.在此基础上,通过声线干涉理论建立了声线能量峰值和出射角的量化关系,并提出一种脉冲串信号形式,包含多个可对准各声线能量峰值的子脉冲,每个子脉冲可保证照射到一个声纳可探测区,整个脉冲串发射时可在海底反射区的全部声纳可探测区内均取得高的发射阵增益.经仿真验证,该方法探测效果好,稳健性高,具有良好的应用前景.

低频大孔径线列阵声呐在海底反射区的测向性能分析

与深海直达声探测、会聚区探测不同,在海底反射声探测模式下,低频大孔径线列阵声呐采用常规阵列信号处理方法,会产生测向误差增大和方位分裂等测向性能下降现象。目前,关于海底反射声探测模式下测向性能下降程度的预报、测向性能下降现象出现的区域位置预报等方面尚缺乏研究。该文针对该问题,提出一套海底反射区声呐测向性能预报方法。该方法以深海声场存在简正波簇现象及高阶简正波簇在角谱域分布具有稳定性等分析结论为支撑,提出高阶简正波簇角谱域分布向空域分布的转换方法、高阶简正波簇引起的测向误差量值预报方法、不同高阶简正波簇干涉产生多目标现象的条件的计算方法,实现了对低频大孔径线列阵声呐在深海海底反射区不同位置的测向误差预报、目标方位分裂现象产生的位置和目标角度范围要求预报。

基于深海海底反射区匹配到达结构的声源深度估计方法

针对近海面水平阵在深海海底反射区估计声源深度的难题,本文基于虚源理论推导了海底反射区的声波到达结构,解释了到达结构与声源-接收器深度之间的正弦调制关系。定义了匹配到达结构的非相干模糊度面,提出了基于匹配到达结构的声源深度估计方法,该方法与传统匹配场方法相比,无需考虑环境参数引起的失配问题,仿真分析验证了此方法实现深度估计与深度辨识的可行性。通过仿真分析发现:输入信噪比越低,深度估计所需的基阵孔径越大;当处理带宽过小时,深度估计模糊度面受到海面处旁瓣的干扰严重,难以准确估计真实的声源深度;基于水平阵估计深海海底反射区声源深度的匹配到达结构方法的适用距离为6倍海深。

利用深海海底声反射区频域干涉结构的声源深度估计方法

提出了一种基于深海海底声反射区声场频域干涉结构特征的水下宽带近海面声源深度估计方法。该方法通过建立深海海底声反射区到达声场结构模型,推导了垂直阵接收信号波束输出幅度谱的近似表达式,利用幅度谱与声源深度和垂直到达角(俯仰角)之间的周期变化关系,将接收信号映射到深度−垂直到达角域中,实现了对宽带声源的深度估计。仿真实验与影响因素分析验证了该原理的正确性,南海实验结果表明:利用阵长为64 m的垂直短阵接收标定深度为50 m和100 m的双弹信号,得到的深度估计结果同实际声源深度吻合较好,估计误差不超过7%,验证了该方法的有效性。

深海海底声反射区多途时延差分析与近海面声源定位

深海海底反射声工作方式下的声场主要由4条一次海底反射声线路径构成。根据4条声线路径到达接收点的时间不同,可以得到6个不同的声线到达时延差值,当声源位于近海面时,6条声线路径的时延差曲线随接收深度近似呈线性变化。本文基于虚源理论推导了海底声反射区的多途到达时延结构,给出了6条声线路径的时延差曲线随接收深度变化的近似表达式,通过分析时延差曲线与声源水平距离和深度之间的关系,提出了一种利用多途时延差估计深海海底声反射区近海面声源距离与深度的方法,仿真实验与影响因素分析验证了该原理的正确性。南海实验结果表明,当收发距离在10~33 km时,距离估计结果和深度估计结果都同实际声源距离和深度吻合较好,估计误差不超过15%,验证了该方法的有效性。