一种深海不完整声道中的目标探测方法

摘要

本发明是一种深海不完整声道中的目标探测方法。本发明涉及海底不完整声道水声探测技术领域，本发明基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系，海洋环境为不完整声道，即海底声速小于海面声速；根据确定的声线水平距离与深度的关系，获取声线极小值位置的点，确定下反转点会聚区的位置；选取多个水听器组成多元垂直接收阵，将多元垂直接收阵布放置在下反转点会聚区中，对远距离目标进行探测，得到探测信号；根据对远距离目标探测得到的探测信号，确定是否存在探测目标。本发明利用下反转点会聚区在不完整声道下进行大深度布阵从而实现对目标的探测。

说明书

技术领域

本发明涉及海底不完整声道水声探测技术领域，是一种深海不完整声道中的目标探测方法。

背景技术

深海会聚区对于深海远程声传播有着重要的意义，许多学者都对其进行过研究。当声源位于海面附近时，在海面附近会形成声强很高的焦散线和会聚区。所谓焦散线指的是临近声线交聚点所形成的的包络线，会聚区指的是海面附近形成的高声强焦散区域。

目前深海中在大深度布放水听器进行探测的途径有可靠声路径，但是可靠声路径要求接收器布放在临界深度以下，即要求在完整声道的情况下。对于在不完整声道的情况下大深度布放水听器进行探测的方法还未进行研究。

发明内容

本发明为了针对可靠声路径无法应用于不完整声道的情况，提出了应用下反转点会聚区来进行深海大深度布放水听器探测目标，本发明提供了以下技术方案：

一种深海不完整声道中的目标探测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系，海洋环境为不完整声道，即海底声速小于海面声速；确定在深度为z处，位于第j个会聚区中声线的水平距离，通过下式表示所述水平距离R

R

其中，z

步骤2：根据确定的声线水平距离与深度的关系，获取声线极小值位置的点，确定下反转点会聚区的位置；

步骤3：选取多个水听器组成多元垂直接收阵，将多元垂直接收阵布放置在下反转点会聚区中，对远距离目标进行探测，得到探测信号；

步骤4：根据对远距离目标探测得到的探测信号，确定是否存在探测目标。

优选地，海面声速为1544m/s，海底声速1533m/s，声道轴位于1100m，为典型的深海不完整声道。

优选地，当声线在海面处发生反射的时候z

优选地，所述步骤2具体为：由不同初始角发出的声线，在同一深度的水平距离是先减小后增大的，始终存在某一个初始角使得水平距离达到极小值，在上层海洋环境反转点和下层海洋环境反转点之间形成焦散线，对于某一深度，选取声线水平距离的极小值作为焦散线的位置，根据声线的水平距离，求出声线极小值位置的点，通过下式表示声线极小值位置的点：

声线极小值位置的点即为焦散线所在位置，海面反射型声线所形成的焦散线位置确定了下反转点会聚区的位置。

优选地，所述步骤3具体为：选取N个水听器组成多元垂直接收阵，水听器成直线排列，轴线重合，其中N为整数，且N≥8，将多元垂直接收阵放置在下反转点会聚区中，并在深度方向上布放，使得多元垂直接收阵利用下反转点会聚区在远距离处有高会聚增益的特性，从而对远距离的目标进行探测，得到探测信号。

优选地，所述步骤4具体为：根据得到的探测信号，在无目标时，通过多元垂直接收阵的接收信号来获得目标海域的背景噪声，通过对多元垂直接收阵进行检测，当多元垂直接收阵接收信号高于目标海域的背景噪声时，即认为此时多元垂直接收阵探测到了目标。

本发明具有以下有益效果：

本发明针对可靠声路径不能应用于不完整声道的缺点，提出了利用下反转点会聚区在不完整声道下进行大深度布阵从而实现对目标的探测，由于在不完整声道中，下反转点会聚区的深度范围从声源共轭深度一直到海底附近，并且下反转点会聚区在远距离处仍有较高增益，因此十分有利于垂直布放水听器阵进行目标探测。

附图说明

图1为深海不完整声道声速剖面示意图；

图2为不完整声道下反转点会聚区示意图；

图3为不完整声道下反转点会聚区焦散线示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图3所示，本发明提供一种深海不完整声道中的目标探测方法，一种深海不完整声道中的目标探测方法，包括以下步骤：

一种深海不完整声道中的目标探测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于射线简正波，获得特定声速剖面下声线水平距离与深度的关系，海洋环境为不完整声道，即海底声速小于海面声速；海面声速为1544m/s，海底声速1533m/s，声道轴位于1100m，为典型的深海不完整声道。确定在深度为z处，位于第j个会聚区中声线的水平距离，通过下式表示所述水平距离R

R

其中，z

步骤2：根据确定的声线水平距离与深度的关系，获取声线极小值位置的点，确定下反转点会聚区的位置；

所述步骤2具体为：由不同初始角发出的声线，在同一深度的水平距离是先减小后增大的，始终存在某一个初始角使得水平距离达到极小值，在上层海洋环境反转点和下层海洋环境反转点之间形成焦散线，对于某一深度，选取声线水平距离的极小值作为焦散线的位置，根据声线的水平距离，求出声线极小值位置的点，通过下式表示声线极小值位置的点：

声线极小值位置的点即为焦散线所在位置，海面反射型声线所形成的焦散线位置确定了下反转点会聚区的位置。

步骤3：选取多个水听器组成多元垂直接收阵，将多元垂直接收阵布放置在下反转点会聚区中，对远距离目标进行探测，得到探测信号；

所述步骤3具体为：选取N个水听器组成多元垂直接收阵，水听器成直线排列，轴线重合，其中N为整数，且N≥8，将多元垂直接收阵放置在下反转点会聚区中，并在深度方向上布放，使得多元垂直接收阵利用下反转点会聚区在远距离处有高会聚增益的特性，从而对远距离的目标进行探测，得到探测信号。

步骤4：根据对远距离目标探测得到的探测信号，确定是否存在探测目标。

所述步骤4具体为：根据得到的探测信号，在无目标时，通过多元垂直接收阵的接收信号来获得目标海域的背景噪声，通过对多元垂直接收阵进行检测，当多元垂直接收阵接收信号高于目标海域的背景噪声时，即认为此时多元垂直接收阵探测到了目标。

具体实施例二：

在深海不完整声道情况下本发明，利用射线简正波理论分析典型的声速剖面情况下，会聚区内声线的水平距离与深度的关系。根据声线水平距离极小值点即为焦散线所在位置，求出下反转点会聚区焦散线的位置。

下反转点会聚区焦散线的初始位置为声源共轭深度以下，且可以一直延伸至海底附近。接收阵布放方式为垂直布放，且布放于下反转点会聚区所在的深度范围内。

根据所求出的下反转点会聚区位置，将N元水听器阵列垂直布放在下反转点会聚区所在的深度范围内，通过对水听器阵接收信号进行处理，判断是否探测到目标。

针对南海某海域典型声速剖面进行分析，声速剖面示意图如图1所示，海面声速1544m/s，海底声速1533m/s，声道轴位于1100m左右，为典型的深海不完整声道。

声源深度200m，选取海深4300m的环境进行仿真，利用声场计算软件，计算该环境下的传播损失伪彩图，根据基于射线简正波理论推导出的下反转点会聚区焦散线位置，求出在该环境下的下反转点会聚区焦散线位置，结果如图3所示，由此得出水听器垂直阵列布放的范围为焦散线所在的深度范围，利用下反转点会聚区在远距离处仍有较高增益的特点以及垂直范围很宽的特性，能够有利于进行目标探测。

以上所述仅是一种深海不完整声道中的目标探测方法的优选实施方式，一种深海不完整声道中的目标探测方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。