水中目标辐射噪声干涉特征及其在水声被动定位中的应用研究

水声目标辐射噪声的干涉现象在海洋波导中普遍存在，对水中目标的准确识别和精确定位造成了困难。现有研究表明，水中目标辐射噪声的频率-时间分布图中的干涉条纹与目标位置、接收器位置以及水声波导参数有着密切的关系。在课题组前期的研究工作中，当水声波导参数可较准确获知时，利用同态处理的多径时延匹配方法可准确地确定低速运动目标的深度和距离。本项目研究拟从两条路线开展研究工作：一是基于水声传播的射线模型，研究水声波导参数失配情况下，利用同态信号处理提取中高速运动目标辐射噪声信号干涉结构中所包含的目标位置信息；二是基于水声传播的简正波模型和波导不变量理论，研究小尺度基阵条件下，利用目标辐射噪声的频率-距离平面的干涉结构进行目标深度和距离的估计。本项目将干涉这一对目标检测与识别不利的因素转化为对目标定位的根据，为提高实际声纳被动定位能力具有重要的指导意义和应用价值。

水声目标辐射噪声在海洋信道中传播过程中，不可避免地会产生干涉现象。特别是在浅海波导中，由于声波在传播过程中要经受海面和海底的多次反射，干涉现象尤为明显。本项目从水声目标辐射噪声信号的变换域角度，研究了利用干涉现象进行声源位置估计的方法。. 干涉现象表现在信号的频率-距离分布图上就是明暗相间的条纹，其形成的原因是不同模式的简正波的耦合，条纹的斜率与浅海波导的性质密切相关，描述这一关系的物理量称为波导不变量。从造成波导不变量取值产生差异的物理机理出发，着重研究了由声源位置差异导致的基于信号分析得到的波导变量估计值的变化规律。提出了基于信号分析的波导不变量估计方法，通过计算目标辐射噪声频率-距离分布图的Radon变换，得到了浅海波导中的波导不变量估计。在已知目标距离的条件下，可用于判别目标的深度。. 干涉现象表现在信号的倒频率-时间分布图上也是一些明暗条纹，表现的是声源信号各种经过界面反射的路径与直达路径到达接收器的时间差。本项目利用同态信号处理方法，研究了基于辐射噪声信号多径到达时延差的水声目标距离和深度估计方法。提出了利用同态信号处理的直达路径-海面反射路径-海底反射路径（DSB）方法、直达路径-海面海底反射路径-海底海面反射路径（DSBBS）方法进行水声目标深度和距离估计，理论分析结果表明DSBBS方法有着比DSB方法更好的估计性能。对海上试验数据的处理结果表明DSB方法能够得到较好的移动目标深度和距离估计。. 通过本项目的研究，对波导不变量这一描述海洋波导干涉特性的物理量进行了深入分析，实现了倒频域中信道特征和目标特征的分离和提取，并且所提出的方法对接收基阵的尺度没有严格的要求，在保证信噪比的前提下，可适用于单水听器和小尺度基阵，为水声被动定位问题的研究提供了新的思路。