[发明专利]基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法

权利要求书

1.一种基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于包括，

设定声源的水下深度为z_s，在水下深度z_r处的水平面上通过水听器阵列采集获得与声源z_s水平距离为r处的声场p(r,z_r,z_s)，所述声场p(r,z_r,z_s)为关于观测矩阵V与模态幅度矩阵a的表达式；

将观测矩阵V分为陷波子空间V₀和自由子空间V₁；对陷波子空间V₀进行奇异值分解，得到线性独立的减秩子空间U₀，对自由子空间V₁进行奇异值分解，得到线性独立的减秩子空间U₁；减秩子空间U₀和减秩子空间U₁构成矩阵A；

对矩阵A进行处理获得正交矩阵β；根据减秩子空间U₀和减秩子空间U₁的大小，将正交矩阵β划分为空间H和空间S，空间H对应正交化后陷波子空间，空间S对应正交化后自由子空间；

计算空间H的投影矩阵P_H和空间S的投影矩阵P_S；再计算得到水听器阵列接收信号W投影在空间H的信号能量E_H和投影在空间S的信号能量E_S；所述信号能量E_H为投影在陷波子空间的能量，E_H+E_S的和为投影在整个正交模态空间的能量；将投影在陷波子空间的能量与投影在整个正交模态空间的能量做比值得到检测统计量，与选定门限进行对比，若检测统计量大于选定门限，则判定声源为淹没源，否则为表面源；

水下深度z_r大于水下深度z_s。

2.根据权利要求1所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，

声场p(r,z_r,z_s)的表达式为：

式中X(f)为声场在频率f处的幅度，j为虚数，ρ(z_s)为声源处水密度，M为声场在环境中传播的模态数，m为模态的序数；为模态m关于深度的模态函数，k_rm为模态m的水平波数。

3.根据权利要求2所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，

模态m的水平波数k_rm为：

式中k为常数，ω为声源信号的角频率，c为声速梯度中的最大声速，ω＝2πf，为模态m的垂直波数。

4.根据权利要求3所述的基于模态滤波的浅水低频声源深度判决方法，其特征在于，

设定水听器阵列为N元水平阵，在距离声源r₁,r₂,…,r_N位置对声场进行采样，水听器阵列接收信号W为声场p的向量：

W＝Va；

r_i＝r₁+(i-1)dcosθ,i＝1,2,…,N，

式中d为阵元间距，θ为声源与水听器阵列在水平方向夹角；

将观测矩阵V分为陷波子空间V₀和自由子空间V₁，并且将模态幅度矩阵a分为与陷波子空间V₀对应的模态幅度a₀和与自由子空间V₁对应的模态幅度a₁，得到：

其中观测矩阵V的列向量v_m为：

式中R为r_i组成的向量；

模态幅度矩阵a为：

a＝[a₁,a₂,…,a_M]^T,

式中κ为常数：