双基地声纳目标特性实验研究

　　引言

　　近年来随着水中目标隐身与反隐身技术的发展,收发合置的单基地声纳面临越来越多的困难,比如:如何有效地探测低目标强度目标,如何大幅度增大探测距离,如何提高声纳自身的隐蔽性等。与单基地声纳相比,收发分置的双基地声纳则明显地具有隐蔽性好、作用距离远等优点,可大幅度改善声纳探测性能,因此双基地声纳日益受到世界各国的关注[1～3]。决定声纳探测距离的重要因素之一是目标强度。对于单基地声纳的目标强度,人们已有较多研究[4]。关于双基地声纳的目标强度,目前国内外研究的很少。为了有效地发挥双基地声纳的探测性能,对其目标强度及特点进行了实验研究。

　　1　双基地声纳目标强度

　　1.1　双基地声纳与单基地声纳工作方式的区别

　　单基地与双基地声纳均可采取主动工作方式,在单基地声纳系统中,接收机与发射机是合置的;而在双基地声纳系统中,接收机和发射机是分置的,如图1所示。在主动式声纳系统中,声源辐射具有一定持续时间的脉冲声波,若目标存在,将导致入射声波的一部份能量被反射(和散射),这就是主动声纳的回波信号。单基地声纳只接收与入射方向相反的目标反向散射回波,而双基地声纳可接收其它任何方向的目标反射(散射)回波。

　　1.2　目标强度的定义

　　目标强度的定义式为:

　　式中:TS是目标强度,单位为分贝;Ii是入射到目标的声强,假设声波在海水中是球面扩展,距声纳声源1m处的声强是I0,声源至目标的距离是r1,则目标处入射声波的声强为:

　　Ir是距目标声学中心1m处由目标反射(或散射)的声强。由于目标的几何形状和声学特性的复杂性,导致在不同方向上的反射(散射)声强不同,因此,收发分置双基地声纳目标强度不同于收发合置的单基地声纳目标强度。

　　1.3　单、双基地声纳目标强度之间的联系—分置定理

　　在雷达中已找到了一种根据已知的合置时的目标强度来估计分置时目标强度值的办法,此即分置定理[4]。分置定理认为,一个大而光滑物体的分置目标强度,等于在声源与接收器的“分置角”之间的二等分线上的合置目标强度,如图2所示。图中声源位于OS方向,接收器位于OR方向,角度∠SOR即是收发分置的双基地声纳的“分置角”,这时分置目标强度就等于沿分置角∠SOR的二等分线OP方向上的合置目标强度。上述近似当分置角远小于180°时成立。[5]中实验证明,对于细而长的水下目标,其双基地目标强度在小分置角时,符合分置定理。

　　1.4　双基地声纳目标强度与方位角及分置角的关系