功率谱密度消频散变换被动估计脉冲声源距离

来源：电子与信息学报杂志2024年第9期北京时间：

作者：刘建设, 朱广平, 殷敬伟, 陈文剑, 孙辉

单位：1.哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室 哈尔滨 1500012.哈尔滨工程大学极地海洋声学与技术应用教育部重点实验室 哈尔滨 1500013.哈尔滨工程大学水声工程学院 哈尔滨 150001

摘要：浅海中传播的低频声波具有多模态特征和频散效应。对接收声信号消频散变换(DDT)可以消除频散效应，实现被动估计声源距离。针对消频散变换存在的测距多值问题，该文提出一种利用功率谱密度消频散变换的被动测距方法(PSD-DDT)。首先使用声场模型KRAKEN计算模态的水平波数；其次在只知道波导不变量大概范围的情况下，估计两个模态之间的频散常数；然后对保留了模态间干涉项的功率谱密度进行消频散变换；最后获得目标距离的估计值为PSD-DDT极大值对应的自变量与频散常数的比值。另外，当海洋参数未知时，需要分别对待测声源和引导声源进行PSD-DDT，利用自变量的比值确定声源距离，这种方法不需要估计频散常数。通过仿真和海试验证了PSD-DDT方法被动测距的有效性，并分析了波导不变量、模态阶数、噪声等因素对距离估计结果的影响。基于黄海试验结果，与DDT方法相比，PSD-DDT的测距误差下降了约49.2%。在35 km范围内最优波导不变量对应的平均相对误差约2.55%，被动测距精度较高。

关键词：目标探测, 距离估计, 消频散变换, 波导不变量, 功率谱密度

基金资助：国家重点研发计划项目 (2021YFC2801200)