干擾存在時被動聲吶工作背景建模與分析

譚君紅，周勝增

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干擾存在時被動聲吶工作背景建模與分析

譚君紅，周勝增

(上海船舶電子設備研究所，上海201108)

在實際應用中，聲吶的工作背景除了各向同性背景噪聲外，通常還會存在干擾。干擾存在時經典的被動聲吶方程存在一定的局限性。在經典被動聲吶方程的基礎上，討論了干擾對被動聲吶工作背景的影響。提出了一種更加實用的工作背景模型，并詳細分析了波束域的工作背景模型，應用此背景模型對經典被動聲吶方程進行了修正，修正后的方程可用于干擾存在時被動聲吶的性能預報。最后通過不同干噪比條件下的仿真驗證了波束域工作背景模型的正確性。提出的工作背景模型可為被動聲吶設備在干擾存在條件下的性能預報提供參考。

被動聲吶；干擾；工作背景；建模

0 引言

經典的被動聲吶方程是以各向同性背景噪聲為基礎的。在實際使用中，聲吶的工作環境除了各向同性背景噪聲外，通常還會存在干擾。以拖曳式被動聲吶為例，海洋環境噪聲和拖曳流噪聲屬于各向同性背景噪聲，而本艦或者其他非關注目標就是干擾[1-3]。干擾存在時，被動聲吶的工作背景就不僅僅是各向同性的背景噪聲，使用經典的被動聲吶方程來分析干擾的影響或者對被動聲吶進行性能預報都會存在一定的局限性。

本文以經典的被動聲吶方程為基礎，對干擾存在時被動聲吶工作背景進行建模與分析，并通過不同干噪比條件下的仿真對模型進行驗證，可對被動聲吶在干擾存在的條件下進行性能預報。

1 被動聲吶方程

由文獻[4]可知，被動聲吶方程為

式中，是輻射噪聲源的聲源級，是單程傳播損失，是背景噪聲級，是接收指向性指數，是接收檢測閾，各參數均以分貝(dB)為單位。

優質因素是與作用距離有關的較為科學的衡量標準。被動聲吶的優質因素定義為[5]

值是被動聲吶允許的最大單程傳播損失。在其余各參數都已知的條件下，可計算出值，當考慮到介質的傳播特性[6-7]后，就能由傳播損失得到設備的最大作用距離，從而對聲吶設備進行作用距離預報[8-10]。

上述方程的前提是被動聲吶設備工作在各向同性背景噪聲的環境下。實際使用中，被動聲吶設備的工作環境比較復雜，除了各向同性背景噪聲外，還會存在本艦干擾、多目標干擾等，這些干擾的存在將提高干擾方位附近的聲吶工作背景，此時聲吶工作背景就與干擾自身大小、干擾與目標的方位差、接收陣的指向性圖密切相關。因此需要對干擾存在時被動聲吶的工作背景進行建模來分析討論。

2 被動聲吶工作背景建模與分析

由式(1)可知，不考慮干擾的情況下，被動聲吶的工作環境為各向同性背景噪聲，其陣元域背景噪聲級為，波束域背景噪聲級為-。

綜上所述，干擾存在條件下被動聲吶的工作背景模型如下：

波束域工作背景直接影響被動聲吶的工作性能，下面對模型中的波束域工作背景進行討論分析[11]：

說明被動聲吶的工作背景仍為背景噪聲，干擾沒有抬高被動聲吶的工作背景。

對波束域工作背景的建模可對干擾存在時的被動聲吶進行性能預報。根據干擾存在時被動聲吶的工作背景模型，可將被動聲吶方程式(1)修正為

相應地，優質因素由式(2)修正為

3 拖線陣被動聲吶工作背景仿真

圖1 干擾存在時被動聲吶的背景分布圖

根據第2節的分析：

(3) 當干擾級滿足式(8)即82 dB＜＜94 dB時，100°波束域工作背景級應略高于波束域背景噪聲級53 dB，此時干噪比介于12 dB與24 dB之間。

仿真干噪比為30、24、18、12、0 dB以及只有背景噪聲時的方位譜級如圖2所示。

圖2 不同仿真條件下的方位譜

4 結論

本文在經典的被動聲吶方程基礎上，考慮聲吶實際應用時的工作環境，討論了干擾存在時對被動聲吶工作背景的影響，對干擾存在時被動聲吶的工作背景進行了建模與分析。最后通過不同干噪比條件下的仿真驗證了波束域工作背景模型的正確性。本文提出的工作背景模型可為干擾存在時被動聲吶的性能預報提供重要參考。

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Modeling and analysis of passive sonar working background under directional interference

TANJun-hong, ZHOU Sheng-zeng

(Shanghai Marine Electronic Equipment Research Institute, Shanghai 201108, China)

Passive sonar equation can be used to forecast sonar range. The working background is usually supposed to be isotropic noise. However, directional interference often exists in real application, where the application of classic passive sonar equation is limited. Based on the classic passive sonar equation, the influence of directional interference on the passive sonar working background is discussed, and a more useful working background model for passive sonar under directional interference is presented with the detailed analysis of the working background model in beam domain. The passive sonar equation is modified according to this model, and then it can be used to forecast sonar range under directional interference. Finally, the correctness of the working background model in beam domain is validated by simulation in different interference to noise ratios. The presented model can provide an important reference for acoustic compatible analysis and performance prediction of passive sonar under directional interference.

passive sonar; interference; background; modeling

TB556

A

1000-3630(2017)-02-0192-03

10.16300/j.cnki.1000-3630.2017.02.017

2016-03-02;

2016-06-02

譚君紅(1987－), 女, 山東青島人, 研究生, 研究方向為水聲信號處理。

譚君紅, E-mail: tanjunhong621@163.com