基于多途到達結構的目標定位

在深海環境中，利用小孔徑基陣便可以獲得強目標信號的多途時延和多途到達角信息。因此，基于多途到達角和多途到達時延匹配的被動定位方法便有了廣泛的研究和應用。

在可靠聲路徑條件下，Duan?等利用自相關函數提取了直達波和海面反射波之間的時延差信息，然后結合聲場建模，通過擴展卡爾曼濾波實現了運動目標初始狀態的估計。基于直達波和海面反射波之間時延變化規律，Lei?等提出了一種時延互相關匹配，仿真和實驗均實現了目標距離和深度的估計。該方法的優點是利用兩條時延模糊曲線的交叉信息指示目標位置信息，可以實現低信噪比條件下的穩健定位。孫梅和周士弘分析了大深度接收時聲線到達角變化規律，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

多途時延對應頻域中的干涉周期，將接收信號轉換到頻域，可以利用干涉條紋的周期振蕩特性實現目標定位。

McCargar?和?Zurk利用直達波和海面反射波的干涉周期與聲源深度的對應關系，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用限制做了進一步的分析。但是，目前該方法僅限于理論分析，缺乏實驗數據的驗證。實驗數據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構。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量的數值方法。Yang?等研究了基于深海大深度聲場互相關特性的單水聽器目標定位方法。在干涉圖案中有兩類干涉條紋：第一類干涉條紋與目標運動速度有關，第二類干涉條紋與目標深度有關。通過傅里葉變換，將干涉條紋的振蕩周期分別轉換為目標徑向運動速度信息和目標深度信息。利用西太平洋實驗數據，驗證了所提目標運動參數估計方法的有效性。

在可靠聲路徑環境下，已有研究主要是揭示深海聲場的聲學物理機理和變化規律，提出水聲物理和信號處理相結合的目標探測新原理、新方法，針對深海遠程低信噪比條件，如何有效實現目標定位，還缺乏深入的理論和應用研究。

為了實現海洋強國夢，必須全面提升對全球海洋尤其是深海環境的科學認知能力。在未來深海戰場上，潛艇又是最具威脅的戰略性武器之一。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遠程探測能力，對海洋強國建設具有重要的意義。隨著聲傳播特性研究的不斷深入和信號處理技術的快速發展，針對水下弱目標信號，應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，提高復雜環境下水中兵器的探測與識別能力。（作者：楊坤德 李輝 段睿，西北工業大學航海學院 海洋聲學信息感知工業和信息化部重點實驗室（西北工業大學）。《中國科學院院刊》供稿）

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