第3章 浅海窄带声源定位方法

3.1 概述

匹配场处理技术得益于信号处理技术与水声物理学的交叉。它在处理接收到的水声信号时，最大限度地利用了水声信道模型、基阵设计，以及窄带和宽带相关处理技术的综合优势，因而与传统淡化信道的信号处理技术相比取得了重大进展。匹配场处理和时间反转（简称“时反”）聚焦处理在实际声呐系统中的应用一般需要用到水平线阵列。水平线阵列通常有两种形式：海底水平线阵列和拖曳水平线阵列。水平线阵列的孔径可以远大于海水深度，因此可以用大孔径水平线阵列实现目标声源的匹配场定位和时反聚焦。近年来，拖曳线阵列和海底水平线阵列的匹配场反演也引起了人们的极大兴趣。

现有文献的研究仅是针对某一特定深度的水平线阵列，主要分析基阵孔径和阵元数的影响，而对水平线阵列空间采样能力另一个重要因素——水平线阵列的深度在文献中尚未见报道。

匹配场处理是一个前向传播过程。当海洋环境随距离变化时，需要利用抛物方程模型来计算拷贝场向量。此时，其计算量相当大，这严重阻碍了其工程应用。为了将匹配场处理技术应用于工程实际中，必须寻找新的方法和技术途径。时间反转处理是利用海洋自身来构造拷贝场的匹配场。当时间反转处理技术应用于目标定位时，称之为匹配场定位的虚拟时反实现方法。在虚拟时反实现方法中，信号不需要像时间反转处理那样在声源和接收器之间来回传输。相反，假设水声信道在时间上是稳定的，时间反转信号的“重新发射”是在计算机内完成的。在虚拟时反处理中仅需要一条被动接收阵即可。虚拟时反实现方法是一个后向传输过程，它利用了介质的互易性和叠加性，在各个水听器位置放置虚拟声源，每个虚拟声源在搜索区域产生一个模糊平面。对各个模糊平面进行相应加权求和，即可得到最终的定位模糊平面。

3.2节介绍了线性匹配场定位和时反聚焦定位的基本原理和评价指标，3.3节和3.4节分别研究了水平线阵列深度对匹配场定位性能和时反聚焦定位性能的影响。3.5 节研究了匹配场定位的虚拟时反实现方法。