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，綜合利用自適應限幅處理、波束形成以及極性相關等技術進行所創建、仿真的目標進行被動聲探測（在仿真試驗的基礎上），旨在驗證聲基陣目標被動探測的有效性。

【關鍵詞】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，在復雜的海洋環境下，對艦船噪聲的探測需要進行事先的目標識別及定位，因此，現代聲納均采用聲基陣，進行目標被動探測，全面的提高對環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（來源于特定的區域和特定的方向），繼而在一定空間范圍內，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，在此基礎上，構建了艦船噪聲數字模型，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，而且在一般情況下，我艦船噪聲表現出：寬帶連續譜混合一系列的線譜。因此，為了全面的提升降噪效果，需要進行表現形式的具體分析，如：艦船處于勻速直線航行狀態時（艦船噪聲比較平穩），這是所呈現出來的狀態為：各態歷經的平穩隨機變化。另外，艦船聲場信號的時頻特征主要表現為：（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律），所呈現出來的特點為：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 構建艦船噪聲數字模型，進行目標模型的仿真探測

為了精準的構建艦船噪聲數字模型，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，在數字模型的構建中，需要綜合的考量諸多影響因素，可以根據艦船聲場的功率譜曲線，構建比較完善的時間信號。在此基礎上，積極的構建聲基陣區域探測模型。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（經過加工處理）完成的，而且其波束形成時間的拖延往往會導致相應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，繼而衰減其他區域以及其他方向的干擾信號以及相應的環境噪聲信號，另外，空間濾波器是波束形成的主要場所，在此空間內，可以將某些區域、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域，經分析，得出：一個波束對應一個區域，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以及類型參數與實際情況存在一定的誤差，容易導致探測的半徑發生變化，影響整個探測質量，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（預置門限），然后科學合理的選用對應的比較器，科學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上，有效的將幅度信息去除，從而方便探測區域的控制與管理，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，而且海洋環境噪聲之間缺乏相關性，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，采樣頻率為8kHz，采樣時間為160s。其仿真試驗的結果顯示：波束的半徑與探測的精準度呈負相關關系，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就越少，所產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，我們會發現：數據點會隨之減少，而且在各種各樣的隨機因素的影響下，整個工作容易出現虛警或者漏檢現象，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。

總地來說，聲基陣目標被動探測的仿真研究是建立在數據模型的構建基礎上的，需要在強化研究技術的應用的同時，不斷的提升相關工作人員的綜合技能和綜合素養，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上，盡可能的提升艦船航行效率及質量，保證乘客的安全，提升艦船噪聲探測的現實意義。

3 結語

總而言之，螺旋槳噪聲、機械噪聲以及水動力噪聲共同構成艦船噪聲，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，及時的規避運行風險，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，綜合利用自適應限幅處理、波束形成以及極性相關等技術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的滑動窗寬度、相應的細節問題，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提供一定的參考與指導。

[責任編輯：張濤]