光纤水听器长线阵应用的水声物理问题

【摘要】： 光纤水听器自身的特点决定了它适于大规模成阵,而采用大孔径阵列可以提高声纳性能,增加目标探测距离。随着阵列尺寸的增大,就必须考虑海洋声场的空间相干性下降对阵列性能的影响。本文紧紧围绕和光纤水听器长线阵的应用密切相关的水声物理问题展开研究。系统阐述了光纤水听器多路复用的主要技术方案,研究了浅海多途传播环境中的声场水平纵向相干规律,水平长线阵在浅海中的性能,以及孤子内波对水平纵向相干和常规波束形成结果的影响,并且提出了一种基于模式子空间的提高长线阵增益的匹配波束形成方法。 1.对浅海声场的水平纵向相干特性的研究表明:当频率较高时水平纵向相关系数随纵向间距呈下降趋势;频率较低时,水平纵向相关曲线随纵向间距出现起伏,起伏的周期和简正波的水平波数有关,起伏的幅度和各号简正波的相对强度有关,在一定的频率范围内水平纵向相关曲线有近似相等的振荡结构。 2.在浅海多途环境中,当有效简正波号数大于1号时,常规波束形成的指向性相当于多个方向的平面波信号的指向性的相干叠加,因此,当阵列较长时会出现多个峰值的现象。 3.理论分析表明,浅海多途环境中,当简正波号数大于1号时,阵增益下降存在极限,这对长线阵的应用是有利的。 4.本文提出了一种基于模式子空间投影的匹配测向新方法,该方法能够有效的提高阵增益,与传统匹配测向方法相比,只需要进行一维搜索,大大的节省了计算时间。此外,该方法对海底参数的失配不敏感。 5.通过数值仿真可知,孤子内波会引起水平纵向相关系数以及常规波束形成的阵增益随时间出现起伏。