单矢量水听器抗混响方法研究

　　在主动探测中，浅水环境下混响是主要的背景干扰，严重地影响了主动测试系统的检测性能。研究人员根据混响的各种特性，提出了很多抗混响的方法[1—3]，如：锐化发射换能器的指向性;增加接收基阵尺度，使接收波束尽可能窄，使进入接收装置的混响尽可能小;改变发射信号的形式，用长CW脉冲检测混响背景中高速运动的目标，用线性调频脉冲检测混响背景中低速运动的目标;利用混响信号和回声信号在空间相关性和时间相关性上的差异对接收信号进行后置处理，提高信混比等。这些方法各有优缺点，主要是由混响的随机性及其与回声信号在很多方面的相似性所决定的。

　　矢量水听器是一种较新型的水声测量设备，对声场的可感知量增加了质点振速、声压梯度、加速度、质点位移等。信息处理方法从原来单一的标量处理，扩展到了标量和矢量联合处理，在众多领域都得到了很好的应用。笔者通过理论推导对矢量水听器及矢量声能流信号处理方法在抗混响研究中的应

　　1 矢量水听器的接收信号

　　矢量水听器测量得到声压信号和3个正交方向的振速信号：

　　式中：p(t)为声压;vx(t)，vy(t)，vz(t)分别为3个方向的振速;φ为目标声源的俯仰角;θ为水平方位角。式(1)为了表述简便忽略了常数，当声波为平面波时，各振速分量只是声压信号传播方向的余弦加权，它们的波形都相同，是完全相关的。当仅考虑平面问题时，矢量水听器将具有cosθ形式的空间指向性，即偶极子指向性。这种指向性也可以称为“矢量水听器的自然指向性”，它与频率无关，在进行更低频回波测量时，这种指向性依旧相同。

　　混响是在同一时刻，存在于海洋中的大量无规则散射体对入射信号产生的散射波在接收点叠加而成的信号。根据这个特点，假设发射信号是窄带信号，其经过散射单元的散射后，到达接收装置的信号为Si(t)，可以推算得到某一时刻矢量水听器接收的混响信号表述为：

　　式中：N(t)为某一时刻散射元的个数;i为散射单元的序号;θi为散射体回波水平方向角;αi为散射体回波掠射角。

　　信号之间的相干性与同一时间点上信号间相位差存在很强依赖性。从式(1)和式(2)可以看出，对回声信号而言，由于是一个规则散射面的反射结果，并设其满足远场平面波条件，可知声压与振速的相位差为一个固定值，经过相位补偿后得到很小的相位差(约为0)。对于混响而言，单个散射元其声压与振速的相位差也很小，由于是多个随机分布的散射元的叠加信号，混响信号的声压与振速将打破单个散射元散射信号所具有的同相规律。当散射点很多且分布复杂时，混响的声压、振速相位差将趋于统计平均。