基于声扰动的水下入侵物体距离估计新技术

水下物体的前向散射目标强度要高出反向目标强度20-30dB，申请人所在的课题组通过对水下物体前向散射理论研究和实验验证，掌握了物体前向散射引起的声场扰动基本规律。物体的前向散射本领不受其吸波能力的影响，基于前向散射探测具有较大的潜力，但利用前向散射估计入侵物体的距离，目前国内外研究甚少。本课题利用物体前向散射引起的声扰动，研究不依赖于反向目标强度和辐射噪声级的入侵物体距离估计新技术。.本课题拟建立声扰动的数值计算模型，揭示物体入侵对主动发射声信号的扰动规律，探索物体引起的声扰动与物体距离的内在联系。通过研究前向散射信号的提取和距离估计方法以及物体距离的优化搜索算法，突破双基地盲区中水下物体距离估计难题，深化存在水面噪声干扰和船体干扰时的干扰抑制技术，获取湖上实验数据并验证距离估计方法的有效性，为水下隐身物体探测提供新机理提供重要的技术手段。

水下目标前向散射强度比其他方向上的强度高得多，用于目标探测具有潜在优势，但前向散射信号受直达波的强干扰，难以直接应用。本项目对前向散射引起的声场扰动特征、检测方法以及定位方法进行了理论研究和实验验证。建立了运动物体引起声场扰动的物理模型，对物体在不同位置穿越收发连线时引起的声场扰动进行模拟仿真和实验验证，并给出了物理解释。当物体靠近发射端或者接收端时，引起的声场异常明显，但声场异常的持续时间短；反之，当目标靠近收发连线中间时，引起的声场异常减弱，但声场异常的持续时间增长，该特征可为前向散射探测方法提供重要依据。由于前向散射信号受直达波的强干扰，使得前向散射特征及其微弱，提出对波束输出的单频脉冲信号做主分量分析来抑制直达信号，当波束输出信号中含有目标前向散射信号时，可提取微弱的前向散射声场异常特征，并通过实验进行了验证。基于小波变换理论，研究了单频线谱信号的检测方法，用于检测发射单频信号的强度变化。在前向散射特征的基础上，研究了基于前向散射的物体定位方法，提出采用两点接收实现前向散射探测的目标定位原理。通过利用两个水听器布放在同一深度上，当速度已知（先验条件）的入侵物体穿过声源和水听器组成的两条收发连线时，成功地获得了物体的距离。本项目的研究成果可为水下运动物体探测提供新的技术手段。