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浅海大孔径水平阵列频移补偿定位方法

梅笑寒 张波 彭朝晖 于小涛 翟铎

梅笑寒, 张波, 彭朝晖, 于小涛, 翟铎. 浅海大孔径水平阵列频移补偿定位方法[J]. 声学学报, 2023, 48(5): 901-910. doi: 10.12395/0371-0025.2022032
引用本文: 梅笑寒, 张波, 彭朝晖, 于小涛, 翟铎. 浅海大孔径水平阵列频移补偿定位方法[J]. 声学学报, 2023, 48(5): 901-910. doi: 10.12395/0371-0025.2022032
MEI Xiaohan, ZHANG Bo, PENG Zhaohui, YU Xiaotao, ZHAI Duo. Frequency-shift compensation localization method for large aperture horizontal array in shallow water[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(5): 901-910. doi: 10.12395/0371-0025.2022032
Citation: MEI Xiaohan, ZHANG Bo, PENG Zhaohui, YU Xiaotao, ZHAI Duo. Frequency-shift compensation localization method for large aperture horizontal array in shallow water[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(5): 901-910. doi: 10.12395/0371-0025.2022032

浅海大孔径水平阵列频移补偿定位方法

doi: 10.12395/0371-0025.2022032
基金项目: 国家自然科学基金项目(11974017)和中国科学院青年创新促进会项目(2017028)资助
详细信息
    通讯作者:

    张波, zhangbo@mail.ioa.ac.cn

  • PACS: 43.30, 43.60

Frequency-shift compensation localization method for large aperture horizontal array in shallow water

  • 摘要:

    浅海波导中简正波干涉使得声场水平相关随距离出现振荡, 利用声信号水平距离−频率干涉规律推导了不同阵元接收信号间的频移补偿关系式, 结合大孔径阵列阵元空间分布离散度高的特点提出适用于声源频谱缓变信号的定位方法。利用频移补偿量随声源位置的变化, 将两两阵元组合输出的模糊度平面叠加实现水平二维平面定位。仿真结果表明方法定位性能良好, 对环境参数失配宽容性好。频移补偿后的线性相位关系有效提高了接收信号间的相关性, 进而提升大孔径阵列的处理增益。阵列的孔径优势提高了空间分辨能力, 模糊度平面峰值−背景比高。海试数据验证表明, 10~80 km测距结果平均相对偏差为5.68%, 二维平面内定位结果平均距离偏差为0.78 km。

     

  • 图 1  定位方法流程图

    图 2  仿真环境

    图 3  阵形及目标位置变化示意图

    图 4  不同方位角上的定位模糊度平面

    图 5  不同信噪比下定位结果RMSE

    图 6  不同信噪比下模糊度平面MPBR

    图 7  不同纵向孔径下的处理增益

    图 8  定位结果距离偏差

    图 9  模糊度平面PBR

    图 10  定位结果距离偏差

    图 11  模糊度平面PBR

    图 12  定位结果距离偏差

    图 13  模糊度平面PBR

    图 14  声速失配情况及定位结果距离偏差 (a) 前3个模态EOF值; (b) 定位结果距离偏差

    图 15  阵形失配下定位结果距离偏差

    图 16  海深失配下定位结果距离偏差

    图 17  试验海域平均声速剖面

    图 19  爆炸声源测距结果

    图 18  校准前后阵形

    图 20  阵元坐标

    图 21  距离定位结果

    图 22  角度定位结果

    图 23  模糊度平面PBR

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-04
  • 修回日期:  2022-12-11
  • 网络出版日期:  2023-09-13
  • 刊出日期:  2023-09-12

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