基于多途到達(dá)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)定位

在深海環(huán)境中，利用小孔徑基陣便可以獲得強(qiáng)目標(biāo)信號的多途時延和多途到達(dá)角信息。因此，基于多途到達(dá)角和多途到達(dá)時延匹配的被動定位方法便有了廣泛的研究和應(yīng)用。

在可靠聲路徑條件下，Duan?等利用自相關(guān)函數(shù)提取了直達(dá)波和海面反射波之間的時延差信息，然后結(jié)合聲場建模，通過擴(kuò)展卡爾曼濾波實現(xiàn)了運動目標(biāo)初始狀態(tài)的估計?；谥边_(dá)波和海面反射波之間時延變化規(guī)律，Lei?等提出了一種時延互相關(guān)匹配，仿真和實驗均實現(xiàn)了目標(biāo)距離和深度的估計。該方法的優(yōu)點是利用兩條時延模糊曲線的交叉信息指示目標(biāo)位置信息，可以實現(xiàn)低信噪比條件下的穩(wěn)健定位。孫梅和周士弘分析了大深度接收時聲線到達(dá)角變化規(guī)律，并提出了基于矢量水聽器水平振速和垂直振速能量差的被動聲源測距方法。

基于頻域干涉條紋的定位

多途時延對應(yīng)頻域中的干涉周期，將接收信號轉(zhuǎn)換到頻域，可以利用干涉條紋的周期振蕩特性實現(xiàn)目標(biāo)定位。

McCargar?和?Zurk利用直達(dá)波和海面反射波的干涉周期與聲源深度的對應(yīng)關(guān)系，提出了一種基于修正傅里葉變換的單頻信號定深方法。隨后，Boyle?等對上述方法的性能和應(yīng)用限制做了進(jìn)一步的分析。但是，目前該方法僅限于理論分析，缺乏實驗數(shù)據(jù)的驗證。實驗數(shù)據(jù)驗證的主要困難在于海面起伏很大程度上破壞了接收聲場的空間干涉結(jié)構(gòu)。Duan等使用簡正波的射線描述方法，研究了勞埃德鏡干涉的形成原因，并給出了定量計算干涉條紋數(shù)量的數(shù)值方法。Yang?等研究了基于深海大深度聲場互相關(guān)特性的單水聽器目標(biāo)定位方法。在干涉圖案中有兩類干涉條紋：第一類干涉條紋與目標(biāo)運動速度有關(guān)，第二類干涉條紋與目標(biāo)深度有關(guān)。通過傅里葉變換，將干涉條紋的振蕩周期分別轉(zhuǎn)換為目標(biāo)徑向運動速度信息和目標(biāo)深度信息。利用西太平洋實驗數(shù)據(jù)，驗證了所提目標(biāo)運動參數(shù)估計方法的有效性。

在可靠聲路徑環(huán)境下，已有研究主要是揭示深海聲場的聲學(xué)物理機(jī)理和變化規(guī)律，提出水聲物理和信號處理相結(jié)合的目標(biāo)探測新原理、新方法，針對深海遠(yuǎn)程低信噪比條件，如何有效實現(xiàn)目標(biāo)定位，還缺乏深入的理論和應(yīng)用研究。

為了實現(xiàn)海洋強(qiáng)國夢，必須全面提升對全球海洋尤其是深海環(huán)境的科學(xué)認(rèn)知能力。在未來深海戰(zhàn)場上，潛艇又是最具威脅的戰(zhàn)略性武器之一。因此，深入研究水聲傳播物理特性，有助于提升深海聲吶目標(biāo)遠(yuǎn)程探測能力，對海洋強(qiáng)國建設(shè)具有重要的意義。隨著聲傳播特性研究的不斷深入和信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，針對水下弱目標(biāo)信號，應(yīng)研究高增益寬容性水聲信號處理理論與方法、聲及非聲探測與識別新原理新方法，提高復(fù)雜環(huán)境下水中兵器的探測與識別能力。（作者：楊坤德 李輝 段睿，西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 海洋聲學(xué)信息感知工業(yè)和信息化部重點實驗室（西北工業(yè)大學(xué)）?！吨袊茖W(xué)院院刊》供稿）

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