一种基于阵列不变量的浅海声源深度分类方法

于喜凤，李 辉,3，徐哲臻，杨坤德

（1.西北工业大学航海学院，陕西 西安 710072；2.西北工业大学海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西 西安 710072；3.国家卫星海洋应用中心，北京 100081）

0 引 言

水下声源深度分类是水声学的重点和难点问题之一。波导不变量是描述浅海声场特性的重要物理量[1]。Turgut等[2]通过实验验证了负跃层环境下波导不变量β的深度特性。宋文华等[3]在浅海负跃层环境中，进行了典型负跃层波导下波导不变量取值的概率分布研究。研究结果表明，在浅海波导中，波导不变量、干涉条纹斜率、声源径向运动速度和距离等物理量之间存在一定的关系。

在声源距离和径向速度已知的情况下，可以从干涉条纹中提取波导不变量[4-5]，根据波导不变量的值可以实现水面水下声源分类。刘志韬等[6]提出了一种基于波导不变量的声源深度判别方法，当水听器位于负跃层以下时，根据近水面声源和水下声源的波导不变量数值大小不同进行声源深度判别，但是该方法有一定局限性，即要求声源相对于水听器近似匀速运动。

Lee等[7]提出了阵列不变量的概念用于估计声源距离，该方法不需要环境先验参数信息，计算量很小，而且能充分利用阵列增益。Song等[8]从波导不变量理论出发，将阵列不变量扩展到了波导不变量值不为1的情况，并将其应用于浅海声源定位[9]。针对浅海负跃层环境下声源深度分类问题，本文提出一种在水平不变波导条件下，基于阵列不变量的水面水下声源深度分类的方法：首先在声源距离已知时，利用垂直线列阵来估计阵列不变量，然后利用阵列不变量估计波导不变量β，最后根据β与声源深度的关系，判断声源深度。……