单水听器浅海匹配场定位研究

　　0 引言

　　“匹配场处理(MFP)”技术是20世纪70年代兴起的，在近10多年里得到蓬勃发展。它是在建立声场数学模型的基础上实现模型场(拷贝场)与接收场(测量场)的匹配从而实现目标源定位、海底反演等任务。本文研究浅海单水听器定位以及海底参数反演的问题，主要工作内容：匹配场处理技术的研究;浅海声场的计算方法;宽带内的单水听器定位技术;数值模拟结果及结论。

　　1 匹配处理算法

　　如上所说，所谓MFP，就是将测量场最接近的预测场进行相关匹配处理，从而找到预测两场最接近的预测场，并认为这个预测场就是测量场的估计值。我们把完成这个匹配场处理的算法或技术称为MFP处理器。匹配算法一般分为两大类，一类是贝叶斯(包括似然)型估计器，另一类是“功率”型估计器。贝叶斯估计器寻求平均风险最小，通常表示为使似然函数最大或均方误差最小。功率估计器立足于巴克尔(Bucker)的检测因子(DF),可以将其看作一种空间匹配滤波器，标准(二次型)波束形成器和推广的非标准波形形成器都属于这类功率型估计器。我们着重介绍线性处理器。使用最广泛、人们最熟悉的匹配场处理器是线性处理器。线性处理器也称作常规处理器或巴特利特(Bartlett)处理器，它是直接对测量数据和模型数据求相关，而得到相关函数，其最大值处为“功率”(相关幅度的平方)。这种处理的缺点是旁瓣较大，分辨力不高，对声源深度难以分辨;优点是对模型误差的敏感性较低，也就是说它对模型长的误差和扰动有较好的稳定性。

　　1.1 匹配处理器性能比较

　　实际上，MFP是平面波理论中波束形成概念的推广，很多阵列处理方法及其变形都可用于MFP，其中的很多方法被证明是很有效的(见表一)。表一中介绍的MFP处理中，线性处理器、MV和MMP是使用最多的，很多研究者还针对这几中处理器提出了相应的快速算法。

　　1.2 匹配场处理当前研究

　　浅海声源被动定位(距离和深度)是一个既困难又是人们广泛感兴趣的问题。在浅海中声能与海洋边界(海面/海底)的交互作用对声传播有重要影响，这时声传播的比较好的模型是简正波模型。根据这个模型，在接收点测量的声压可表示为波导简正模式的一种线性组合。与波导简正模式深度函数相联系的复值完全表征了声能与媒质的交互作用，并包含了声源位置信息。

　　由于浅海波导效应和实际水声信号往往具有一定的宽带，采用宽带处理更为适宜。利用用宽带瞬变信号，能充分地获取声源信息，改善MFP性能。用计算机合成数据和实际试验数据进行宽带匹配场处理，得到了较好的结果。