浅海远距离匹配场声源定位研究
匹配场声源定位是水声学研究中的经典问题，为了解决浅海远距离声源的定位问题，提高定位精度和匹配场处理速度，本文藉助特征声线传播时间，提出了一种匹配场声源定位的新方法。应用特征声线传播时间，从而可以忽略声压的幅度信息，声场的噪声容限得到了提高，并且代价函数对模型失配的敏感性得到降低；通过到达信号包络的延迟，声压相位模糊的干扰便可消除；声线传播时间是声速的伪线性函数，其起伏要比声压小得多；三维环境中特征声线的计算速度快、且精度高。基于以上对声线传播时间的分析，本文选取最短传播时间特征声线到达不同接收水听器的相对时间差，研究了远距离声源的定位问题。
匹配场声源定位包括两个方面。一是声场建模，二是代价函数的构造。声场建模是整个问题的基础，本文从射线理论模型出发，详细分析了三维特征声线计算程序HARPO和RTPO。结果表明，哈尔滨工程大学唐俊峰博士开发的RTPO程序有更高的计算精度和更快的计算速度。基于最短传播时间特征声线到达相邻基元时延和声线传播时间，文中构造了匹配定位的第一类和第二类代价函数。应用两类代价函数，文中分别仿真了水深失配、接收水听器位置失配和声速失配对定位精度的影响。为了研究代价函数对各种失配的敏感性，文中分别推导了基阵倾斜误差、海底深度误差和声速误差引起的传播时间误差和时延误差的计算公式，从理论上证明了失配对匹配场定位的影响，理论预报结果与仿真计算完全吻合。
作为本文的一个重要部分，文中对多途环境中的时延估计进行了理论和实验研究。在最短传播时间特征声线到达相邻基元时延估计的基础之上，文中逐步地对不同距离的声源进行了定位分析。为了验证算法的有效性，文中最后运用ASIAEX海试数据和南中国海海试数据进行了声源定位的实验研究，定位结果基本与真实声源位置吻合。可以确信，将声线传播时间引入到匹配场处理中是一种理想的选择。
声源定位;声线传播时间;时间延迟估计;匹配场处理
哈尔滨工程大学
博士
水声工程
杨士莪
2005
中文
TB561
143
2006-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）