浅海低频长线阵声源方位估计∗

梁玉权 周士弘 宫在晓

(1 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100190)

(2 中国科学院大学 北京 100049)

0 引言

根据浅海波导低频声传播的简正波理论和平面波假设，水平阵接收点源激发的声场是由不同的模态叠加而成，每阶模态对应一个来波方向，每个来波方向是由声源实际方位角和声源激发模态的俯仰角耦合而成。如果采用常规波束形成(Conventional beamforming,CBF)的声源方位估计方法，将会产生估计方位相对真实方位的偏移和分裂现象，特别是声源靠近长线阵端射方向时，这种现象更加明显。解决该问题的基本思路是将声传播模型引入到方位估计中[1]，为此，很多学者提出了基于水平阵和浅海简正模态理论的声源方位估计方法。

1998年，Yang[2]将水平直线阵的阵元域-场匹配处理，扩展为波束域-波束匹配处理，实现与匹配场处理类似的浅海声源方位的无偏估计。然而，采用全模态场的阵元域或波束域匹配处理，并不能改善固有的环境失配的影响，且进行深度、距离和方位角三维参数空间搜索运算量较大。2004年，Lakshmipathi等[3]提出了子空间相交(Subspace intersection,SI)方法，将浅海目标声源方位估计与简正波模型结合起来，利用信号子空间与模态子空间的相交特征，对方位角进行一维的空间优化搜索，缩减了计算量。2006年，张爱民等[4]提出约束最小二乘子空间相交方法和总体最小二乘子空间相交方法，改善SI方法在进行矩阵奇异值分解时的数值稳定性。2013年，易峰等[5]基于正交投影子空间分解原理进行浅海声源方位估计。……