1、文章编号：10028684(2011)08004503 响 呦囿 0， 凹g 6匡响 6响 6响 水声工程厂、 窄带信号在浅海目标强度测量中的应用研究论文 高守勇 ，陈守虎 ，马 (1中国科学院水声环境特性重点实验室，北京100190；2 力 ，王升 水声对抗国防科技重点实验室，广东湛江524022) 【摘要】目标强度是水声对抗的重要参数之一。浅海波导条件下采用单频信号测量目标强度，传播起伏的影响 会导致测量结果散布。仿真计算表明，采用10带宽的窄带信号测量能够减小传播起伏，降低目标强度测量的不 确定度。 【关键词】目标强度；浅海波导；窄带信号 【中图分类号】TB56 【文献标识码】A App
2、lication of Narrowband Signal for Target Strength Measure in Shallow Wate GAO Shouyong ，CHEN Shouhu ，MA Li ，WANG Sheng (1Key Laboratory of Underwater Acoustic Environment，Chinese Academy of Sciences，Bering 100190，China； 2National Key Laboratory of Science and Technology on Underwater Acoustic Antago
3、nizing， Zhanjiang Guangdong 524022，China) 【AbstractThe target strength is an important parameter of underwater acoustic countermeasureTarget strength is measured by using single-frequency signal in shallow water waveguide，and the result of measure is dispersed by reason of undulatingSimulation resul
4、t shows that it can reduce the undulating and heighten precision of target strength measurement using 10bandwith narrowband signa1 【Key wordstarget strength；shallow water wavegnide；naowband signal 1 引言 目标声反射强度一方面是目标声隐身性能的表 征，另一方面也是评估主动声呐远程探测能力及鱼雷 声制导性能的重要参数。目标强度是声呐方程参数 之一，在声呐设备和环境一定的条件下，它是评估声 呐作用距离的
5、唯一参数。 世界各海军强国均投入巨资进行目标强度测 量。投入最大的是英国，英国海军研究中心(ARE)在 Loch Coil海湾建立了一个悬浮式的实艇声目标强度 测试场，海区水深80m。美国利用HAYES船上安装 的TSMS系统进行潜艇的声反射特性测量。国内在目 标回声特性测量方面的研究起步于20世纪60年代， 早期的海上实艇测试采用舰载主动声呐进行，目前 国内已有相关测试系统，目标强度测量的研究也受到 一定关注。 目标强度的测量应考虑对主动声呐评估的需求， 包括不同信号机制条件下的强度。现代主动声呐常 用的信号机制有单频脉冲信号、线性调频信号、编码 调相信号、伪随机信号、双曲调频信号、脉间调制
6、信号 等f2。声呐对目标回波的检测能力和检测方法与使用 的信号机制密切相关 。 GJB 4844-2003I4)规定了实艇声目标强度的测量 方法，提出了对信号源的频率范围和脉冲要求，但没 有规定采用的信号机制。目前工程上实际采用的是 单频脉冲信号。 单频信号在浅海波导传播起伏较大 ，导致使得 测量结果散布，需要进行大量的测量进行统计平均。 笔者研究浅海目标强度测量的窄带信号机制，对 单频信号和窄带信号在浅海的传播起伏进行了仿 真计算。仿真计算表明，采用10带宽的窄带信号 测量能够减小传播起伏，降低目标强度测量的不确 定度。 2单频信号传播起伏对目标强度测量 的影响 浅海是声传播明显受到海面和海
7、底影响的水声 环境。辐射声场和反射声场的强相互作用，使得声波 按球面波衰减的规例不再成立。浅海波导对近距离 垒室缝羹垫 !垒蔓堑堂筻塑塑围 水声工程 响 0， 卿舌 0， 凹g 6匡响6响0，6响 声传播形成强干涉效应，可利用基于射线嘲和波动模 型建立起来的声场数值计算方法来分析。简正波模 型的声压场表达式为 p( )= z (z。)z (：)H (kmr) (1) 将汉克尔函数展开，取其一级近似，声场表达式为 ikm p( ) 丽i e (zs)Zm( )意 2 式中，r，z为接收点深度及其到声源距离；z 为声源深 度，P为密度， 为模式函数，j 为水平波数。测量目 标强度时，声源信号到达目
8、标后再反射回接收点，信 号在水声波导中往返传播。采用单频信号时，在波导 中由于干涉、多途等因素使信号强度的起伏非常大。 采用简正波模型计算100 m水深，500 Hz单频信号的 传播，如图1所示，声场水平起伏达到20 dB以上，这 种声场起伏导致的测量误差是不允许的 。 3 采用窄带信号降低浅海声场起伏 单频信号强度随海深和水平距离的起伏都很 大。为了提高测量数据的一致性，应使用宽带信号， 降低声场的起伏。由于潜艇是一个体积较大的散射 体，为了提高检测能力，用于远距离检测的主动声呐 信号不能有过高的时域分辨能力，以保证来自艇上不 同部分的散射信号能量可以有效叠加。考虑潜艇的 尺度，由信号带宽同
9、其时域分辨能力的关系估计，信 号带宽不宜超过100 Hz。 下面采用表1所列的环境参数计算带宽为10 的窄带信号在浅海条件下的声场，计算海区声速曲线 如图2所示，计算结果如图3所示。 表1计算参数 学 皱芦蔼姆寝i搔1蛙瀑菠毒甥溥 碡撼殛薤 蕞氐 200 dB 30m 50m 1 kHz 164SIc 05 dB 囡垒妻 篓趔!生墓逝鲞复塑塑 隧 H H n 距离，m (a)单频信号能量剖面图 距离，m (b)窄带信号与单频信号比较 图3浅海声场水平传播起伏 图3(a)给出了用简正波模型TL010101计算 1 kHz单频信号能量剖面图，在2000m附近存在较 的传播起伏，能量随距离衰减大于球
10、面波衰减规 201gR，R为观测点到辐射声源的距离。图3(b)给 了1 0003 000 m距离范围内中心频率为1 kHz，带费 为10的窄带信号声场水平传播起伏与1 kHz单频 号传播起伏的比较。计算表明，1 kHz单频信号在盛 离声源1 900 m处起伏达到20 dB，10带宽的窄带 号起伏明显下降。 这种窄带信号测量到的目标反射强度是带宽 的平均值，由于10带宽内的目标反射强度不太可1；I 剧变，该平均值能够反映中心频率的目标反射强度 10带宽信号的水平起伏很小，测量到的目标反射拍 度 比单频信号测量结果精确可信。 图4给出了距离1 000 m处浅海声场的垂直走 伏。图中对比了10带宽和
11、20带宽的垂直起伏情 况。计算表明，采用10带宽信号不足以抑制声场的 垂直起伏，将带宽增加到20效果也不明显。带宽要 达到40以上，才能在100 m海深较好地抑制声场的 垂直起伏。较为现实的办法是使用10带宽的窄带 信号在海深200 m以上的海域进行测量。 4结论 与单频信号相比，采用10带宽的窄带信号，可 明显降低浅海信道的水平传播起伏，提高目标声反射 强度测量的可信度。 响 0， 囿 o，国凹 6匡响 6响0，6响 水声工程 窄带信号对于抑制浅海信道的垂直起伏效果不 明显，工程上可以选择较深的测量海区。 参考文献 11 卢迎春基于主动声纳的水下目标特征提取技术综述 fJ】哈尔滨工程大学学报
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13、青年学术会议CYCA 09论文集长沙：f出 版社不详1，2009 【责任编辑】闰雯雯 【收稿日期】201104-22 (t封口 44页) 5结束语 介绍的计算机客观语音评测系统是针对外语教 学与考试评测项目而设计的，目的是给出与专家主观 评测相关度更高的评测分数。本文探讨利用区分性 训练的声学模型给出与主观专家评测相关度更高的 评测分数。通过假设检验的数学理论证明了区分性 训练的声学模型对基于VITERBI强制匹配算法的语 音发音评测系统中可以减小“错误接受”类错误，进而 提高客观评测分数的置信度。基于采集于四级口语 考试语音库的相关实验表明区分性声学模型可以给 出比传统最大似然训练得到的声学
14、模型更高的评测 置信分数。 参考文献 1】HUANG X，ACERO A，HON HSpoken language pro- cessingMUpper Saddle River，New Jersey：Prentice Hall，2001 2】SHI Q，LI K，ZHANG S LSpoken English assessment system for nonnative speakers using acoustic and pro sodic featuresCHProcINTERSPEECH，2010Maku hari，Chiba，Japan：sn】，2010：1874-1877 3
15、QI JApplication of discriminative training technique for english pronunciation evaluationEBOL(20101 1-15) 【201104011http：descecoorg0一COCOSDA2010ptO ceedingspaper_3 1pdf 4】POVEY DDiscriminative training for large vocabulary speech recognitionDCambridge University，2003 55 BROWN PThe acoustic modeling
16、problem in automat- ic speech recognitionDCarnegie Mellon University， 1987 6】HARRISON A M，LAU W Y，MENG H，et a1Improv ing mispronunciation detection and diagnosis of learn ersspeech with context-sensitive phonological rules based on language transferCProcINTERSPEECH 2008Brisbane，Australia：【sn】，2008：27872790 作者简介 祁均，硕士研究生，主研方向为语音信号处理与识别； 梁维谦，助理研究员，主要研究高性能语音处理和识别算法， 低功耗语音处理专用SOC芯片设计，语言学习方法和系统。 【责任编辑】丁雪 【收稿日期】20110407 堕查熊 型 垒篁堑鲞蔓塑塑囹
