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基于简正波强度匹配的浅海水平阵目标深度估计方法

殷敬伟 尹家瑞 曹然 黄春龙 李理

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基于简正波强度匹配的浅海水平阵目标深度估计方法

殷敬伟, 尹家瑞, 曹然, 黄春龙, 李理

A target depth estimation method in shallow water based on matched normal mode intensity

YIN Jingwei, YIN Jiarui, CAO Ran, HUANG Chunlong, LI Li
Article Text (iFLYTEK Translation)
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  • 针对浅海波导中存在的底质参数失配造成水平阵难以正确获取目标深度的问题,在未知底质参数条件下,提出了一种基于简正波强度匹配的目标深度估计方法。通过波数域波束形成技术估计波导中各阶简正波的水平波数和强度,在简正波模态函数特征方程的基础上利用有限差分法对简正波模态函数进行反演,计算估计和反演简正波强度之间的匹配度,最终实现目标深度估计。基于水平均匀线列阵的仿真结果表明,所提的算法无需底质参数即可实现对浅海目标深度较为准确的估计。同时分析了算法在不同的底质参数、阵列孔径、声源频率、信噪比和声速失配条件下的深度估计性能,结果表明所提方法不受底质参数失配的影响,同时对声速失配较为稳健,在阵元数不少于128,频带范围为50-150Hz,阵元信噪比大于-10dB的条件下可对全海深目标深度进行有效估计。最终利用南海浅海的海试数据对所提方法的可行性进行了验证。
    A novel target depth estimation method based on normal mode intensity match is proposed for shallow water environment using horizontal array to overcome the performance degradation observed in conventional approaches under seabed parameters mismatch condition. First, horizontal wavenumbers and normal mode intensities are estimated through wavenumber domain beamforming. Second, modal function of normal mode inversion is performed by solving the modal function characteristic equation through finite difference method. Third, the match degree between inverted and estimated normal mode intensities is evaluated to estimate target depth. Numerical simulation results demonstrate that the proposed method can achieve accurate target depth estimation in shallow water scenarios without knowledge of seabed parameters. Furthermore performance of the method is analyzed under varying conditions including different seabed parameters, array apertures and source frequencies. The results reveal three conclusions: (1) mismatch of seabed parameters has no impact on the method; (2) effective performance of all depth source estimation requires not less than 128 array elements, 50-150Hz frequency band range and the signal-to-noise radio in the element on a horizontal line array exceeds -10dB; (3) the method has robust performance against sound speed profile mismatch. Finally, the feasibility of the proposed method is validated through experimental data received by a horizontal towed 77-elements array during a shallow-water sea trial at the South China Sea.
  • [1]

    Bucker H P 1988J. Acoust. Soc. Am. 87 571

    [2]

    Baggeroer B, Kuperman W A, Mikhalevsky P N 1993IEEE J. Oceans Eng. 18 401

    [3]

    Krolik J L 1992J. Acoust. Soc. Am. 92 1408

    [4]

    Schmidt H, Kuperman W A, Scheer E K 1990J. Acoust. Soc. Am. 88 1851

    [5]

    Li J L, Pan X 2008Acta. Acustica. 33 205(in Chinese) [李建龙,潘翔2008声学学报33 205]

    [6]

    Yang K D, Ma Y L, Zou S X, Lei B 2006Acta. Acustica. 31 496(in Chinese) [杨坤德,马远良,邹士新,雷波2006声学学报31 496]

    [7]

    Wang Q, Wang Y M, Wei Z Q 2020Acta. Acustica. 45 475(in Chinese) [王奇,王英民,魏志强2020声学学报45 475]

    [8]

    Hursky P, Hodgkiss W S, Kuperman W A 2001J. Acoust. Soc. Am. 109 1355

    [9]

    Dosso S E, Wilmut M J 2008J. Acoust. Soc. Am. 124 82

    [10]

    Dosso S E, Wilmut M J 2013JASA Express Lett. 133 274

    [11]

    Li X L, Xu Y J, Gao W, Wang H Z, Wang L 2024Remote Sens. 16 2227

    [12]

    Akins F H, Kuperman W A 2020JASA Express Lett. 2 074802

    [13]

    Yang T C 2014J. Acoust. Soc. Am. 135 1218

    [14]

    Yang T C 2019J. Acoust. Soc. Am. 146 4740

    [15]

    Zhou Y Y, Sun C, Xie L, Liu Z W 2023Acta Phys. Sin. 72 084302(in Chinese) [周玉媛,孙超,谢磊,刘宗伟2023物理学报72 084302]

    [16]

    Meng R J, Zhou S H, Li F H, Qi Y B 2019Acta Phys. Sin. 68 184304(in Chinese) [孟瑞洁,周士弘,李风华,戚聿波2019物理学报68 184304]

    [17]

    Wang X, Sun C, Li M Y, Zhang S D 2022Acta Phys. Sin. 71 084304(in Chinese) [王宣,孙超,李明杨,张少东2022物理学报71 084304]

    [18]

    Bogart C W, Yang T C 1994J. Acoust. Soc. Am. 96 1677

    [19]

    Nicolas B, Mars J, Lacoume J 2006Eurasip J. Adv. Signal Process. 65901 1

    [20]

    Zhang Y K, Yang Q L, Yang K D 2023Ocean Eng. 286 1

    [21]

    Liang G L, Zhang Y F, Zou N 2018Math. Probl. Eng. 7824671 1

    [22]

    Premus V E, Helfrick M N 2013J. Acoust. Soc. Am. 133 4019

    [23]

    Li T Y, Li Y, Huang H N, Yang X S 2021Acta. Acustica. 46 497(in Chinese) [李天宇,李宇,黄海宁,杨习山2021声学学报46 497]

    [24]

    Li P, Zhang X H, Fu L F, Zeng X X 2017Acta Phys. Sin. 66 084301(in Chinese) [李鹏,章新华,付留芳,曾祥旭2017物理学报66 084301]

    [25]

    Zhang H C, Zhou S H, Liu C P, Qi Y B 2024J. Acoust. Soc. Am. 156 1148

    [26]

    Du Z Y, Hao Y, Qiu L H, Li C M, Liang G L 2024J. Acoust. Soc. Am. 156 2989

    [27]

    Wang D Z, Shang E C 2013Hydroacoustics (2nd Ed.) (Beijing: Science Press) p74(in Chinese) [汪德昭,尚尔昌2013水声学(第二版)(北京:科学出版社)第74页]

    [28]

    Jensen F B, Kuperman W A, Porter M B, Schimit H(translated by Zhou L S, Wang L J, Du S P)2017Computational Ocean Acoustics (Beijing: National Defense Industry Press) pp286—287(in Chinese)[芬恩B延森,威廉A库珀曼,亨利克施米特著(周利生,王鲁军,杜栓平译) 2017计算海洋声学(北京:国防工业出版社)第286—287页]

    [29]

    Li X L, Wang P Y 2021JASA Express Lett. 1 126002

    [30]

    Porter M B 1991The KRAKEN Normal Mode Program (La Spezia: SACLANT Undersea Research Centre) p1

    [31]

    Standardization Administration of the People’s Republic of China 2024GB/T 44042-2024 (Beijing: Standardization Administration of the People’s Republic of China) Part3(in Chinese) [国家标准化管理委员会2024 GB/T 44042-2024(北京: 国家标准化管理委员会)第三部分]

  • [1] 韦宜政, 孙超, 朱启轩. 撤稿:《浅海矢量声场极化特性的深度分布规律》. 物理学报, doi: 10.7498/aps.73.109902
    [2] 邓玉鑫, 刘雄厚, 杨益新. 浅海环境中用于目标深度属性判别的线谱起伏特征量分析. 物理学报, doi: 10.7498/aps.73.20231911
    [3] 康娟, 彭朝晖, 何利, 李晟昊, 于小涛. 基于多层水平变化浅海海底模型的低频反演方法. 物理学报, doi: 10.7498/aps.73.20231715
    [4] 韦宜政, 孙超, 朱启轩. 浅海矢量声场极化特性的深度分布规律(已撤稿). 物理学报, doi: 10.7498/aps.73.20231767
    [5] 周玉媛, 孙超, 谢磊, 刘宗伟. 基于波束-波数域非相干匹配的浅海运动声源深度估计方法. 物理学报, doi: 10.7498/aps.72.20222361
    [6] 朱启轩, 孙超, 刘雄厚. 利用海底弹射区角度-距离干涉结构特征实现声源深度估计. 物理学报, doi: 10.7498/aps.71.20220746
    [7] 李晓彬, 孙超, 刘雄厚. 浅海负跃层中利用互相关输出峰值迁移曲线的声源深度判别. 物理学报, doi: 10.7498/aps.71.20211987
    [8] 王宣, 孙超, 李明杨, 张少东. 不确定浅海环境中水平阵角度域子空间检测. 物理学报, doi: 10.7498/aps.71.20211742
    [9] 张少东, 孙超, 谢磊, 刘雄厚, 王宣. 浅海波导环境不确定性对声源功率估计的影响. 物理学报, doi: 10.7498/aps.70.20210852
    [10] 李赫, 郭新毅, 马力. 利用海洋环境噪声空间特性估计浅海海底分层结构及地声参数. 物理学报, doi: 10.7498/aps.68.20190824
    [11] 孟瑞洁, 周士弘, 李风华, 戚聿波. 浅海波导中低频声场干涉简正模态的判别. 物理学报, doi: 10.7498/aps.68.20190221
    [12] 李鹏, 章新华, 付留芳, 曾祥旭. 一种基于模态域波束形成的水平阵被动目标深度估计. 物理学报, doi: 10.7498/aps.66.084301
    [13] 王冬, 郭良浩, 刘建军, 戚聿波. 一种基于warping变换的浅海脉冲声源被动测距方法. 物理学报, doi: 10.7498/aps.65.104302
    [14] 戚聿波, 周士弘, 张仁和, 张波, 任云. 水平变化浅海声波导中模态特征频率与声源距离被动估计. 物理学报, doi: 10.7498/aps.63.044303
    [15] 屈科, 胡长青, 赵梅. 利用时域波形快速反演海底单参数的方法. 物理学报, doi: 10.7498/aps.62.224303
    [16] 姚天亮, 刘海峰, 许建良, 李伟锋. 基于最大Lyapunov指数不变性的混沌时间序列噪声水平估计. 物理学报, doi: 10.7498/aps.61.060503
    [17] 张同伟, 杨坤德, 马远良, 黎雪刚. 浅海中水平线列阵深度对匹配场定位性能的影响. 物理学报, doi: 10.7498/aps.59.3294
    [18] 余赟, 惠俊英, 陈阳, 孙国仓, 滕超. 浅海低频声场中目标深度分类方法研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.58.6335
    [19] 钱祖文, 邵道远. 关于浅海声参量阵的应用. 物理学报, doi: 10.7498/aps.35.1374
    [20] 尚尔昌, 张仁和. 浅海远程混响理论. 物理学报, doi: 10.7498/aps.24.260
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