声纳阵垂直波束俯仰角优选技术研究

摘要

由于海水的不均匀性，声速随深度变化，声线在传播过程中发生弯曲。声线弯曲和海底海面的反射，导致大部分声线非水平入射到接收声纳；而目前大部分声纳仅注重水平方向的波束形成，只在水平方向搜索目标；对于垂直线阵或圆柱阵等类似阵型的声纳，阵的垂直方向具有一定的波束宽度，当声线入射角超过阵垂直方向的波束宽度后，将会导致声纳性能的下降。通过调整声纳垂直方向波束俯仰角的方式，可以避免由于声线入射角偏离水平方向而导致的阵增益下降，提高探测距离、探测范围或探测可靠性，使声纳的性能最优化。
　　本论文以声纳阵常用阵型圆柱阵为基础，分别从声纳阵增益随声波入射角的变化特性、射线声学水声传播模型下声波垂直入射角变化规律和界面噪声的垂直指向性及其空间相关性等角度，分析声波垂直入射角对声纳探测性能的影响，并根据主动声纳和被动声纳的常用信号检测方法，提出声纳垂直方向的波束俯仰角优选方案，在几种典型声道下进行仿真，分析了调整声纳波束俯仰角后探测性能的优化效果。
　　在深海声道中，当声纳发挥最佳性能，能够探测到声影区时，通过调整声纳俯仰角，可消除由于声线非水平入射导致的探测盲区，可大范围提高声纳的探测区域，但俯仰角调整幅度较大，固定波束方向不能同时覆盖所有区域；当声纳发挥最佳性能也无法探测到声影区时，调整俯仰角不能增加探测区域。
　　在浅海声道中，对于浅海负梯度声道和负跃层声道，只有声纳工作深度大于目标深度时，声纳俯仰角优化效果明显；对于表面声道，只有声纳工作深度小于目标深度时，俯仰角优化效果明显；对于均匀浅海声道，俯仰角优化意义不大。
　　通过论文研究可以得出，调整声纳阵垂直波束俯仰角，有利于充分利用反射声线，增加探测范围。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的意义和目的

1.4 论文研究内容

第2章 声纳阵对声波入射角的敏感度分析

2.1 圆柱阵数学模型

2.2 圆柱形声纳阵增益计算

2.3 圆柱形声纳阵的垂直指向性

2.4 圆柱形声纳阵对声波入射角的敏感度分析

2.5 本章小结

第3章 声波垂直入射角特性分析

3.1 声传播基础理论

3.2 水声传播模型分类

3.3 射线声学理论

3.4 声波入射角求解

3.5 海底反射对声传播的影响

3.6 声波垂直入射角特性分析

3.7 本章小结

第4章 噪声空间指向性对俯仰角优选的影响

4.1 海面噪声源模型介绍

4.2 界面噪声传播模型

4.3 利用相关性计算阵增益

4.4 本章小结

第5章 声纳阵垂直波束俯仰角优选

5.1 声纳波束俯仰角优选方案

5.2 俯仰角优选仿真

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢