声基阵目标被动探测的仿真研究

周军娥　郭凯

【摘 要】本次研究以等距直线声基阵和舰船目标噪声为立足点，综合利用自适应限幅处理、波束形成以及极性相关等技术进行所创建、仿真的目标进行被动声探测（在仿真试验的基础上），旨在验证声基阵目标被动探测的有效性。

【关键词】声基阵；目标；被动探测；仿真

舰船噪声近些年来被视为鱼雷、水雷、水声探测设备等探索的可利用目标信息，而且逐渐的把舰船噪声看做各种各样的被动声探测装置的“信息源”，另外，舰船噪声具有一定程度的时域、频域特性，在复杂的海洋环境下，对舰船噪声的探测需要进行事先的目标识别及定位，因此，现代声纳均采用声基阵，进行目标被动探测，全面的提高对环境噪声的抗干扰能力，全面的提升目标探测的精准度。声基阵波束的形成，往往能够起到锐减其他区域以及其他方向干扰信号的作用，而且其中各个阵元能够有效的收集、处理有用的信号（来源于特定的区域和特定的方向），继而在一定空间范围内，对干扰性信息进行处理，对有用信息进行整合，达到降噪的目的，与此同时，降低探测系统的虚警率、提高探测的准确率。基于此，本次研究简单的分析了舰船噪声的基本特性，在此基础上，构建了舰船噪声数字模型，进行了目标模型的仿真探测，进一步验证声基阵目标被动探测的有效性，期望能够产生一定的积极效用。

1 简单的分析舰船噪声的基本特性

螺旋桨噪声、机械噪声以及水动力噪声是舰船噪声的三大表现，而且在一般情况下，我舰船噪声表现出：宽带连续谱混合一系列的线谱。因此，为了全面的提升降噪效果，需要进行表现形式的具体分析，如：舰船处于匀速直线航行状态时（舰船噪声比较平稳），这是所呈现出来的状态为：各态历经的平稳随机变化。另外，舰船声场信号的时频特征主要表现为：（1）由远及近舰船从声传感器上方形成噪声（强度具有较为明显的变化规律），所呈现出来的特点为：特性曲线明显变化；（2）不同类型的舰船所附带的频谱特性曲线不同（各有千秋）。

2 构建舰船噪声数字模型，进行目标模型的仿真探测

为了精准的构建舰船噪声数字模型，保证目标被动探测的准确性，需要模拟信号频带，而且由于舰船声场频谱特性具有强烈的随即信号，在数字模型的构建中，需要综合的考量诸多影响因素，可以根据舰船声场的功率谱曲线，构建比较完善的时间信号。在此基础上，积极的构建声基阵区域探测模型。而且由于时域波束的形成是依靠声基阵各个阵元所接受的信号（经过加工处理）完成的，而且其波束形成时间的拖延往往会导致相应的特定方向入射噪声信号的传播拖延，从而有利于宽带波束的叠加，继而衰减其他区域以及其他方向的干扰信号以及相应的环境噪声信号，另外，空间滤波器是波束形成的主要场所，在此空间内，可以将某些区域、某些方位的干扰信号去除，从而达到降噪的效果。除此之外，波束在空间中收集到的信息，我们可以将其划分为若干个有限的区域，经分析，得出：一个波束对应一个区域，因此，各个波束的极大值具有不同，为了尽可能的降低误差，全面的提升精准度，需要标注出相应的有限空间的目标信息，以便高效的定位。

另外，还需要进行限幅处理——目标舰船的运动参数以及类型参数与实际情况存在一定的误差，容易导致探测的半径发生变化，影响整个探测质量，因此，需要进行限幅处理。在实际操作的过程中，首先需要对采样信号进行分析处理（预置门限），然后科学合理的选用对应的比较器，科学的获取随即方波序列，在保留舰船目标信号的相位信息的基础上，有效的将幅度信息去除，从而方便探测区域的控制与管理，全面的提升探测水平。

除此之外，还需要进行极性相关处理，这是因为舰船噪声声基阵各个阵元自身对噪声的检测能力比较低下，而且海洋环境噪声之间缺乏相关性，不利于准确的探测。

在上述的条件下，进行声基阵目标被动探测仿真试验。如：仿真5000吨几倍的水面舰船（目标），将舰船的初始位置设在（1000，0，-209）的位置，并且以00航向角以及10m/s的速度进行匀速前进（向声基阵方向匀速运动），而且三元等距线列阵是声基阵的表现形式，其阵元间距为3m，信号噪声比为30dB，定深为200m，采样频段均在200kHz-2kHz范围内，采样频率为8kHz，采样时间为160s。其仿真试验的结果显示：波束的半径与探测的精准度呈负相关关系，即：波束的半径越小，则探测的精确度就越高。而且探测窗口越宽，则表示目标的判断次数就越少，所产生的抗随即干扰性就越强，从而有效的提升探测的准确率，另外，不容易引起虚警。然而如果探测窗口狭窄，我们会发现：数据点会随之减少，而且在各种各样的随机因素的影响下，整个工作容易出现虚警或者漏检现象，难以达到降噪的目的，且会对整个舰船的运行造成一定程度的负面影响，因此，为了全面的提升目标被动探测准确率，需要控制好目标位置以及相应的滑动窗宽度，并且在仿真试验的过程中，药综合的考量各种因素对探测准确率的影响，及时的比负面影响，做好细节控制与管理，从而带动实际工作中探测准确率的提高，同时，为实际操作提供指导。

总地来说，声基阵目标被动探测的仿真研究是建立在数据模型的构建基础上的，需要在强化研究技术的应用的同时，不断的提升相关工作人员的综合技能和综合素养，以便及时的查找出研究披露，进行及时的修正，在全面的提升舰船噪声探测准确率的基础上，尽可能的提升舰船航行效率及质量，保证乘客的安全，提升舰船噪声探测的现实意义。

3 结语

总而言之，螺旋桨噪声、机械噪声以及水动力噪声共同构成舰船噪声，只有不断的提升舰船噪声的探测准确率，才能及时的查找出舰船运行的安全隐患，及时的规避运行风险，尽最大的努力保障乘客的切身利益和人身安全。通过上述的分析阐述可以得知：以等距直线声基阵和舰船目标噪声为立足点，综合利用自适应限幅处理、波束形成以及极性相关等技术验证声基阵目标被动探测的有效性——基于目标仿真，只有控制好目标位置以及相应的滑动窗宽度、相应的细节问题，才能真真正意义上的降低探测的失误率，提升其探测准确率，为舰船航行保驾护航。本次研究可能存在一定的片面性，应当进一步深入探究，但是本文具有一定程度的研究价值，期望能够为我国舰船噪声去除事业提供一定的参考与指导。

[责任编辑：张涛]