深海被動(dòng)定位

水聲信號(hào)處理發(fā)展歷程可以分為兩個(gè)階段：第一階段為傳統(tǒng)水聲信號(hào)處理方法，聲波假設(shè)為平面波，并且假設(shè)聲場(chǎng)各向同性，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了豐富的陣列信號(hào)處理方法，并且使用匹配濾波技術(shù)提高處理增益。第二階段將水聲物理納入水聲信號(hào)處理體系中，這一階段海洋聲學(xué)和水聲傳播理論成為研究熱點(diǎn)，匹配場(chǎng)處理（matched field processing，MFP）是這一時(shí)期最具代表性的目標(biāo)定位方法。

在深海環(huán)境中，多途干涉是聲傳播的重要特征之一，在時(shí)域和空域分別用多途時(shí)延和多途到達(dá)角表征。本部分首先介紹匹配場(chǎng)處理在深海的應(yīng)用情況，然后結(jié)合深海聲傳播的多途特征，概述可靠聲路徑條件下目標(biāo)被動(dòng)定位的研究進(jìn)展。

匹配場(chǎng)定位

對(duì)水聲信道傳播特性的深入研究，使人們逐漸重視海洋波導(dǎo)環(huán)境的復(fù)雜性對(duì)水聲信號(hào)處理的影響。匹配場(chǎng)處理將海洋物理場(chǎng)納入到信號(hào)處理框架中，將實(shí)際測(cè)量的水聲數(shù)據(jù)與由模型得到的拷貝場(chǎng)作互相關(guān)，求得一個(gè)模糊表面，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。

匹配場(chǎng)定位方法在深海被動(dòng)定位中的應(yīng)用，最早的實(shí)驗(yàn)研究可追溯至?20?世紀(jì)?80?年代，F(xiàn)izell?和?Wales使用一個(gè)垂直線列陣成功定位到?260?km?遠(yuǎn)處的低頻聲源信號(hào)；隨后，Yang使用同一組數(shù)據(jù)利用模態(tài)分解的方法也成功實(shí)現(xiàn)了聲源距離和深度的估計(jì)。Transfer?和?Hodgkiss報(bào)道了在太平洋東北部進(jìn)行的深海匹配場(chǎng)被動(dòng)定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中使用了兩種聲源：一種是定深拖曳聲源；另一種是聲源距離固定，聲源深度變化。研究結(jié)果表明，無論常規(guī)匹配場(chǎng)處理器還是最小方差無畸變匹配場(chǎng)處理器都能在聲源距離估計(jì)上取得較好的效果，但是聲源深度估計(jì)結(jié)果模糊太大。Westwood報(bào)道了在墨西哥灣進(jìn)行的寬帶匹配場(chǎng)定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用寬帶頻間相關(guān)匹配場(chǎng)處理，成功實(shí)現(xiàn)了?43?km?以內(nèi)聲源的定位，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明增加信號(hào)帶寬可以提高定位精度。陳連榮等研究了高斯射線束方法在深海匹配場(chǎng)定位中計(jì)算拷貝場(chǎng)時(shí)的適用性問題。

盡管有諸多實(shí)驗(yàn)成功驗(yàn)證了匹配場(chǎng)處理在深海被動(dòng)定位中的有效性，但是匹配場(chǎng)處理對(duì)模型誤差的敏感性問題一直沒有很好的解決辦法；此外，為了得到更好的定位效果，理論上需要大孔徑陣列以減小定位模糊，然而這種陣列的工程實(shí)現(xiàn)也非常困難，因此傳統(tǒng)匹配場(chǎng)處理技術(shù)在深海定位應(yīng)用中難以取得突破性進(jìn)展。

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