聲基陣目標被動探測的仿真研究

周軍娥　郭凱

【摘 要】本次研究以等距直線聲基陣和艦船目標噪聲為立足點，綜合利用自適應(yīng)限幅處理、波束形成以及極性相關(guān)等技術(shù)進行所創(chuàng)建、仿真的目標進行被動聲探測（在仿真試驗的基礎(chǔ)上），旨在驗證聲基陣目標被動探測的有效性。

【關(guān)鍵詞】聲基陣；目標；被動探測；仿真

艦船噪聲近些年來被視為魚雷、水雷、水聲探測設(shè)備等探索的可利用目標信息，而且逐漸的把艦船噪聲看做各種各樣的被動聲探測裝置的“信息源”，另外，艦船噪聲具有一定程度的時域、頻域特性，在復(fù)雜的海洋環(huán)境下，對艦船噪聲的探測需要進行事先的目標識別及定位，因此，現(xiàn)代聲納均采用聲基陣，進行目標被動探測，全面的提高對環(huán)境噪聲的抗干擾能力，全面的提升目標探測的精準度。聲基陣波束的形成，往往能夠起到銳減其他區(qū)域以及其他方向干擾信號的作用，而且其中各個陣元能夠有效的收集、處理有用的信號（來源于特定的區(qū)域和特定的方向），繼而在一定空間范圍內(nèi)，對干擾性信息進行處理，對有用信息進行整合，達到降噪的目的，與此同時，降低探測系統(tǒng)的虛警率、提高探測的準確率。基于此，本次研究簡單的分析了艦船噪聲的基本特性，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了艦船噪聲數(shù)字模型，進行了目標模型的仿真探測，進一步驗證聲基陣目標被動探測的有效性，期望能夠產(chǎn)生一定的積極效用。

1 簡單的分析艦船噪聲的基本特性

螺旋槳噪聲、機械噪聲以及水動力噪聲是艦船噪聲的三大表現(xiàn)，而且在一般情況下，我艦船噪聲表現(xiàn)出：寬帶連續(xù)譜混合一系列的線譜。因此，為了全面的提升降噪效果，需要進行表現(xiàn)形式的具體分析，如：艦船處于勻速直線航行狀態(tài)時（艦船噪聲比較平穩(wěn)），這是所呈現(xiàn)出來的狀態(tài)為：各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機變化。另外，艦船聲場信號的時頻特征主要表現(xiàn)為：（1）由遠及近艦船從聲傳感器上方形成噪聲（強度具有較為明顯的變化規(guī)律），所呈現(xiàn)出來的特點為：特性曲線明顯變化；（2）不同類型的艦船所附帶的頻譜特性曲線不同（各有千秋）。

2 構(gòu)建艦船噪聲數(shù)字模型，進行目標模型的仿真探測

為了精準的構(gòu)建艦船噪聲數(shù)字模型，保證目標被動探測的準確性，需要模擬信號頻帶，而且由于艦船聲場頻譜特性具有強烈的隨即信號，在數(shù)字模型的構(gòu)建中，需要綜合的考量諸多影響因素，可以根據(jù)艦船聲場的功率譜曲線，構(gòu)建比較完善的時間信號。在此基礎(chǔ)上，積極的構(gòu)建聲基陣區(qū)域探測模型。而且由于時域波束的形成是依靠聲基陣各個陣元所接受的信號（經(jīng)過加工處理）完成的，而且其波束形成時間的拖延往往會導(dǎo)致相應(yīng)的特定方向入射噪聲信號的傳播拖延，從而有利于寬帶波束的疊加，繼而衰減其他區(qū)域以及其他方向的干擾信號以及相應(yīng)的環(huán)境噪聲信號，另外，空間濾波器是波束形成的主要場所，在此空間內(nèi)，可以將某些區(qū)域、某些方位的干擾信號去除，從而達到降噪的效果。除此之外，波束在空間中收集到的信息，我們可以將其劃分為若干個有限的區(qū)域，經(jīng)分析，得出：一個波束對應(yīng)一個區(qū)域，因此，各個波束的極大值具有不同，為了盡可能的降低誤差，全面的提升精準度，需要標注出相應(yīng)的有限空間的目標信息，以便高效的定位。

另外，還需要進行限幅處理——目標艦船的運動參數(shù)以及類型參數(shù)與實際情況存在一定的誤差，容易導(dǎo)致探測的半徑發(fā)生變化，影響整個探測質(zhì)量，因此，需要進行限幅處理。在實際操作的過程中，首先需要對采樣信號進行分析處理（預(yù)置門限），然后科學(xué)合理的選用對應(yīng)的比較器，科學(xué)的獲取隨即方波序列，在保留艦船目標信號的相位信息的基礎(chǔ)上，有效的將幅度信息去除，從而方便探測區(qū)域的控制與管理，全面的提升探測水平。

除此之外，還需要進行極性相關(guān)處理，這是因為艦船噪聲聲基陣各個陣元自身對噪聲的檢測能力比較低下，而且海洋環(huán)境噪聲之間缺乏相關(guān)性，不利于準確的探測。

在上述的條件下，進行聲基陣目標被動探測仿真試驗。如：仿真5000噸幾倍的水面艦船（目標），將艦船的初始位置設(shè)在（1000，0，-209）的位置，并且以00航向角以及10m/s的速度進行勻速前進（向聲基陣方向勻速運動），而且三元等距線列陣是聲基陣的表現(xiàn)形式，其陣元間距為3m，信號噪聲比為30dB，定深為200m，采樣頻段均在200kHz-2kHz范圍內(nèi)，采樣頻率為8kHz，采樣時間為160s。其仿真試驗的結(jié)果顯示：波束的半徑與探測的精準度呈負相關(guān)關(guān)系，即：波束的半徑越小，則探測的精確度就越高。而且探測窗口越寬，則表示目標的判斷次數(shù)就越少，所產(chǎn)生的抗隨即干擾性就越強，從而有效的提升探測的準確率，另外，不容易引起虛警。然而如果探測窗口狹窄，我們會發(fā)現(xiàn)：數(shù)據(jù)點會隨之減少，而且在各種各樣的隨機因素的影響下，整個工作容易出現(xiàn)虛警或者漏檢現(xiàn)象，難以達到降噪的目的，且會對整個艦船的運行造成一定程度的負面影響，因此，為了全面的提升目標被動探測準確率，需要控制好目標位置以及相應(yīng)的滑動窗寬度，并且在仿真試驗的過程中，藥綜合的考量各種因素對探測準確率的影響，及時的比負面影響，做好細節(jié)控制與管理，從而帶動實際工作中探測準確率的提高，同時，為實際操作提供指導(dǎo)。

總地來說，聲基陣目標被動探測的仿真研究是建立在數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建基礎(chǔ)上的，需要在強化研究技術(shù)的應(yīng)用的同時，不斷的提升相關(guān)工作人員的綜合技能和綜合素養(yǎng)，以便及時的查找出研究披露，進行及時的修正，在全面的提升艦船噪聲探測準確率的基礎(chǔ)上，盡可能的提升艦船航行效率及質(zhì)量，保證乘客的安全，提升艦船噪聲探測的現(xiàn)實意義。

3 結(jié)語

總而言之，螺旋槳噪聲、機械噪聲以及水動力噪聲共同構(gòu)成艦船噪聲，只有不斷的提升艦船噪聲的探測準確率，才能及時的查找出艦船運行的安全隱患，及時的規(guī)避運行風(fēng)險，盡最大的努力保障乘客的切身利益和人身安全。通過上述的分析闡述可以得知：以等距直線聲基陣和艦船目標噪聲為立足點，綜合利用自適應(yīng)限幅處理、波束形成以及極性相關(guān)等技術(shù)驗證聲基陣目標被動探測的有效性——基于目標仿真，只有控制好目標位置以及相應(yīng)的滑動窗寬度、相應(yīng)的細節(jié)問題，才能真真正意義上的降低探測的失誤率，提升其探測準確率，為艦船航行保駕護航。本次研究可能存在一定的片面性，應(yīng)當進一步深入探究，但是本文具有一定程度的研究價值，期望能夠為我國艦船噪聲去除事業(yè)提供一定的參考與指導(dǎo)。

[責任編輯：張濤]