数字水听器设计

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在水听器阵列在工程应用中，阵列形式也是多种多样的，比较常见的有均匀直线阵、L型
阵、圆型阵、平行阵列、球型阵等。本节以均匀直线阵和圆型阵列作为主要研究对象，对其进
行建模、仿真、比较与分析。

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均匀直线型数字水听器阵列的信号模型如图4.5所示。均匀直线型数字水听器阵列有M个
数字水听器元位于x轴上，数字水听器之间的间隔为d。假设有K个窄带声源，且声源在阵列
的远场位置即声波为平面波，第k个声源的方向角为氏Ck=1,2,...,K>，第k个声源的工作频率
为Jk，声音传播速度为Co

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为了达到最佳噪声源定位识别的效果，就要根据所测噪声源的特性来设计一个数字水听器
阵列。衡量一个水听器阵列性能的参数有水听器阵列的指向性、水听器元的最小间距、方向图
的主瓣宽度等。研究阵列性能参数对水听器阵列设计十分重要，因此本节将介绍阵列的几个主
要的性能参数。

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   c1>当保持水听器元个数相同，水听器元间隔距离不同和保持水听器元间距相同，水听器
元个数不同的时候，水听器阵列的方向图的主瓣的高度与第一副瓣的高度的相对高度保持不变，
而且主瓣比第一副瓣大约高8dB左右;
   (2)比较图4.10与4.11可知，水听器元个数不变，水听器元间距增大，图4.11较图4.10
主瓣宽度变窄。比较图4.12与4.11可知，水听器元间距不变，水听器个数增加，图4.12较图
4.11主瓣宽度同样也变窄。
从上文的仿真图中，可以发现均匀直线型数字水听器阵列与圆型数字水听器阵列各有其优
缺点。
   C1)当两种水听器阵列，水听器元个数相同、水听器间距相同时，均匀直线型阵列的主瓣
宽度、最大旁瓣要优于圆型阵列。也就是说，这种情况下的，均匀直线型阵列的空间分辨率要
优于圆型阵列;
   (2)均匀直线型数字水听器阵列方位角的搜索范围较小，大概能搜索180。的范围。而圆
型数字水听器阵列能搜索360。的范围;
   (3)均匀直线型数字水听器阵列为一维定位阵列，圆型数字水听器阵列为二维定位阵列;
   (4)均匀直线阵列所占空间体积一般比圆型阵小;

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(1>一般的噪声源近场识别方法在中高频段有较高的空间分辨率，但是由于船舶的辐射噪
声主要集中在1kHz以下，因此噪声源识别方法在低频段有较高的空间分辨率;
(2)远场近似的范围在距离r二2d2 / },以外，工程中一般选择距离r二l Odz / }, } d为基阵
孔径大小，久为噪声信号波长[4G]。假设声信号频率为1500Hz，声传播速度为1500m/s，用间距},/2
的8元阵列来进行噪声源定位，此时远场范围为32米以外，工程中最好选取170米以外。事实
上，很多情况下不能达到这样的测量距离，并且测量距离增加空间分辨率也会随着下降，而船
舶辐射噪声的定位识别需要精确的测量定位。因此，船舶噪声源识别属于近场噪声源识别范畴。

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