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声学滑翔机联合的深海水下声源定位

吴禹沈 秦继兴 李整林 吴双林 王梦圆 顾怡鸣

吴禹沈, 秦继兴, 李整林, 吴双林, 王梦圆, 顾怡鸣. 声学滑翔机联合的深海水下声源定位[J]. 声学学报, 2023, 48(3): 437-446. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.005
引用本文: 吴禹沈, 秦继兴, 李整林, 吴双林, 王梦圆, 顾怡鸣. 声学滑翔机联合的深海水下声源定位[J]. 声学学报, 2023, 48(3): 437-446. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.005
WU Yushen, QIN Jixing, LI Zhenglin, WU Shuanglin, WANG Mengyuan, GU Yiming. Source localization based on two underwater acoustic gliders in deep water[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(3): 437-446. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.005
Citation: WU Yushen, QIN Jixing, LI Zhenglin, WU Shuanglin, WANG Mengyuan, GU Yiming. Source localization based on two underwater acoustic gliders in deep water[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(3): 437-446. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.005

声学滑翔机联合的深海水下声源定位

doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.005
基金项目: 国家自然科学基金项目(11874061)和中国科学院青年创新促进会项目资助
详细信息
    通讯作者:

    秦继兴, qjx@mail.ioa.ac.cn

  • 中图分类号: 43.30, 43.60

Source localization based on two underwater acoustic gliders in deep water

  • 摘要:

    为了验证多台滑翔机用于声源位置估计的可行性, 提出了一种基于声学滑翔机的联合水下声源定位方法。首先利用水下滑翔机在东印度洋北部海域获取的声传播数据, 分析了宽带脉冲信号的多途传播特性, 然后提出了利用单水听器基于脉冲波形结构匹配的声源距离估计方法, 在此基础上通过两台水下声学滑翔机联合定位的方式, 实现了水下声源距离和方位的同步估计。结果表明: 在印度洋深海非完全声道条件下, 在100 km范围内, 使用单台滑翔机估计的声源距离整体较为准确, 但仍有估计误差较大点; 联合两台滑翔机进行水下声源定位可进一步提高精度, 对于200 m深度的声源, 距离估计均方根误差为2.5 km, 相对误差小于4%, 方位估计均方根误差为2.4°。

     

  • 图 1  实验设备布放示意图及运动轨迹 (a) 实验设备布放示意图; (b) “实验1号”船和水下滑翔机运动轨迹图

    图 2  声传播路径上的海深变化

    图 3  实验期间海域测量的声速剖面

    图 4  滑翔机实际出水位置与不考虑海流影响时推算的出水位置距离误差 (a) 滑翔机J15; (b) 滑翔机J16

    图 5  不同声源深度下数值计算的传播损失 (a) 声源深度50 m; (b) 声源深度200 m

    图 6  声源深度50 m不同接收深度实验与仿真计算的传播损失 (a) 接收深度200 m; (b) 接收深度400 m; (c) 接收深度700 m

    图 7  声源深度200 m不同接收深度实验与仿真计算的传播损失 (a) 接收深度200 m; (b) 接收深度400 m; (c) 接收深度700 m

    图 8  声源深度200 m实验与仿真波形对比 (a) 接收距离37 km, 接收深度440 m; (b) 接收距离62 km, 接收深度310 m

    图 9  声源深度50 m实验与仿真波形对比 (a) 接收距离23 km, 接收深度160 m; (b) 接收距离65 km, 接收深度400 m

    图 10  声源深度200 m不同位置的互相关系数 (a) 接收距离37 km, 接收深度440 m; (b) 接收距离62 km, 接收深度310 m

    图 11  声源深度50 m不同位置的互相关系数 (a) 接收距离23 km, 接收深度160 m; (b) 接收距离65 km, 接收深度400 m

    图 12  滑翔机J15声源距离估计结果 (a) 声源深度50 m; (b) 声源深度200 m

    图 13  滑翔机J16声源距离估计结果 (a) 声源深度50 m; (b) 声源深度200 m

    图 14  滑翔机联合声源定位平面示意图

    图 15  声源位置估计结果 (a) 声源深度50 m; (b) 声源深度200 m

    图 16  声源方位估计结果 (a) 声源深度 50 m; (b) 声源深度 200 m

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-07
  • 修回日期:  2022-08-02
  • 刊出日期:  2023-05-11

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