基于匹配场处理的浅海水声目标深度分类方法研究

针对现有的浅海水声目标深度分类方法存在的频率适用范围有限、信噪比要求较高等问题,在已获得有效的测距结果的前提下,该文提出一种基于新匹配量的浅海水声目标深度分类算法。通过分析模态互相关项的深度分布特征,建立以垂直复声强为匹配量的目标深度分类模型。接收深度不同时,算法虽均使用垂直复声强为匹配量,但实际上影响深度分类效果的模态互相关项是不同的。根据目标深度分类需求的不同,通过指定双矢量传感器的接收深度,实现目标深度分类模型匹配量的优化选取,从而实现目标深度分类算法性能的提升。仿真结果表明:该算法适用于目标频率激发3阶简正波的情况,算法的频率适用范围得以扩展。算法在低信噪比(SNR)情况下(SNR=0 dB)、复杂海洋波导中可以获得有价值的深度分类结果。

基于双水听器的浅海水声目标深度分类方法

针对现有水声目标深度分类方法存在阵元数目要求较高、频率适用范围有限、信噪比要求较高的问题,基于有效深度模型,利用不同深度处双水听器采集的声压信号计算出声压互谱信号,根据声压互谱信号的深度分布特征,提出了适用于低信噪比工况的浅海水声目标深度分类方法.利用声压互谱有功分量的符号分布进行目标深度分类,仿真分析了接收深度、声源频率、信噪比、线谱稳定性、声速分布对算法性能的影响,验证了算法的可行性与稳健性.算法适用于线谱频率激发三阶简正波的情况,算法的频率适用范围得到进一步扩展,在低信噪比工况下仍能获得较好的深度分类效果.

浅海低频声场中目标深度分类方法研究

分析了浅海甚低频声场中的垂直双水听器的互谱特性,尤其关注了声场中只存在两阶简正波时声压互谱的有功分量.数值计算表明:当两个水听器的深度布放合理时,声压互谱有功分量的正负号分布与水平距离无关,选择合适的水听器深度布放组合,可以用于水面目标、水下目标的双择判决;声速分布对该方法的使用影响不大,海底存在吸收将影响算法的作用距离,但在有效作用距离内,该算法仍有较好的稳健性.运用Pekeris波导有效深度的概念建立了声压互谱有功分量正负号分布特性的近似理论分析并可预报双水听器合理的布放深度.理论分析揭示了双水听器布放深度之和应等于波导有效深度,并且在有效深度限制的波导范围内,整个声场的声压互谱有功分量的正负号分布被分为三个水平区域.理论分析加深了对浅海低频声场特性的理解,对该算法的实际使用有指导意义.

Pekeris波导中简正波的复声强及其应用

在Pekeris波导模型下,关注了简正波的矢量场,讨论了简正波水平复声强和垂直复声强的表述,并分析了其特征.单阶简正波在水平方向是行波,相应的水平复声强仅为有功的;在垂直方向为驻波,相应的垂直复声强仅为无功的.而多阶简正波相互干涉,因此总声场的复声强既有有功分量,也有无功分量,其中只有有功分量参与声能的输运,但无功分量是反映声场信息的重要组成部分.通过对垂直(交互)复声强无功分量和水平交互复声强有功分量的数值分析,对于甚低频率的点源声场,发现当声源深度变化时,上述声场分量的正负号呈有规变化,当接收传感器置于适当的位置时,通过与一临界深度比较,可以对目标的深度分类,尤其对于水平交互复声强有功分量,可以用来判断声源是在近水面处,还是在水下.最后探讨了复声强和交互复声强的相角,分析了其空间分布规律.