[發明專利]基于空氣中聲傳感器陣列的水下低頻聲源定位方法

無效

• 申請號: 200910033587.5
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號: CN101592728A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 陶建成;邱小軍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18;G01S5/20;G01S11/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及水下低頻聲源的定位方法，尤其是涉及一種通過在空氣中布放聲傳感器陣列對水下低頻聲源實現定位的方法。

二、背景技術

水下聲源定位主要應用場合有：潛艇、魚雷和無人水下航行器的偵察與反偵察；海底地震、火山爆發等各類水下地殼運動的環境監視；水下魚群活動區域的探測。水和空氣特性阻抗差異巨大，傳統的聲學理論認為水中的聲信號在到達水-空氣分界面時，發生全反射而無法透射到空氣中。因此現有技術都是基于水聲信號應答、水聲信號的空間特性分析實現水下聲源定位。

中國專利公開CN1971649、CN101246215、CN1547039都是集合了水聲信號問答和全球定位系統(GPS)實現水下目標的定位。此外CN1704767提出了一種利用耐壓艙正浮力的水下全球定位系統接收裝置。CN1614441提供的水下目標自動定位系統的工作過程是先將水下電視探頭、水深探頭、水下聲波發射頭沉入目標水域，水下電視探頭尋找到所需定位目標的圖像后，水深探頭測得目標深度，聲波發射頭向水面上六個聲波接收器組成的線陣發射信號，根據信號的時延實現目標的水平投影定位。在水下目標不可視的條件下，該系統將不再適用。

2006年美國學者首次發現在低頻時存在著水下聲能量到空氣中的異常透射現象(Godin，“Anomalous?transparency?of?water-air?interface?for?low-frequency?sound”，Physical?review?letters97，164301，2006)。此后關于低頻聲透射的研究僅局限于其能量機制和對低頻透射聲場空間分布的分析。目前尚未見到應用該異?，F象，基于空氣中測得的聲信息實現水下聲源的定位的報道。

三、發明內容

1、發明目的：本發明的目的在于提供一種基于空氣中聲傳感器陣列的測量信息實現水下低頻聲源定位的方法。

2、技術方案：為實現上述發明目的，本發明所述的基于空氣中聲傳感器陣列的水下低頻聲源定位方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)在聲源深度遠小于水下聲波波長時，存在著一種反常的聲透射現象，可以在空氣中測得從水下透射出來的聲壓。假定z≥0區域的媒質為空氣，z＜0區域內的媒質為水，點聲源頻率f為100Hz且深度z₀為0.24m時，取參考聲壓p_ref＝2×10^-5Pa空間聲壓級分布見圖1，單位為dB，其中波數k＝2πf/c₁，c₁為水下聲波速度。

在空氣中任意一個水平面內布放兩個圓形聲傳感器陣列，每個陣列由在圓周上等角度間隔的s+1個聲壓傳感器構成，其中s為大于1的任意奇數。在以第i個陣列的中心為原點的極坐標系中，方位角為θ處的聲傳感器測得聲壓的頻域幅度為p_i(θ)，方位角為θ+π處的傳感器測得聲壓的頻域幅度為p_i(θ+π)，以p_i(θ)為元素組成的序列記錄為p_i，以p_i(θ+π)為元素組成的序列為p_i^π，π為180°，其中i＝1，2。kz₀很小時任意水平面內，聲壓級在聲源投影處最大，且隨著觀察點離投影的水平距離的增大而減少。以kz₀＝0.1為例，不同高度的水平面內聲壓隨水平距離的變化曲線如圖2所示。因此水平圓形陣列中，離聲源投影最近的傳感器測得的聲壓最大。如果將陣列中傳感器按方位角相差180°的條件分組，位于聲源投影和陣列中心連線上的那一組傳感器測得的聲壓差最大。對于第i個陣列中各個傳感器計算物理量J_i(θ)，