李海峰马 力 曾 娟 刘海军 彭大勇 赵文耀

(中国科学院水声环境特性重点实验室 北京 100190)

1 引言

水声低频相控线阵是“单模(单号简正波)”激发的关健硬件设备之一，是伴随这一新概念性技术而生的新工具。通过开环或闭环算法控制相控阵单元的幅度及延迟，经声波相互叠加，可形成稳定的单模声场或有一定指向的多模声场，实现较高能效比的远程目标探测。现有的相控阵研究多集中在雷达方面，已经非常成熟;在医疗超声领域也有近三十年的研究历史;在浅海水声学方面，利用相控阵[1，2]进行单模激发的理论、实验与应用研究才刚起步。

自从上世纪70年代Bucker和Williams把简正波理论(normalmode)[3]引入水声传播声场计算以来，水声传播理论得到了飞速的发展，特别是浅海声传播的简正波理论是非常重要的，加之现在声纳主要向低频发展，更显简正波理论的重要性。八十年代美国的水声专家 Clay和 Huang[4]以及Gazanhes和Garnier[5]分别在实验室水槽里进行了相控阵激发单号简正波(单模)的试验，采用高频声源，反馈阵于近场，得到了很好的试验结果。2008 年，2010 年俄罗斯学者[6，7]利用小孔径垂直阵，结合空间滤波技术仿真研究垂直阵激发低号简正波。在国内，中国科学院声学研究所首先解决了相控阵宽带匹配[8]和一致性差问题，研制了用于浅海低频的相控垂直阵，并进行激发单号简正波的实验，取得了非常好的效果。经过近十年的理论与试验研究，在近距离上，单号模(简正波1号，2号，3号)闭环激发能量比达到95%以上，开环激发能量比达到90%以上，形成了一系列相控阵权矢量近场(反馈距离＜3倍海深)控制算法。……