專(zhuān)利名稱(chēng)：基于相位模型的艦船線譜噪聲源位置識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種艦船線譜噪聲源位置識(shí)別方法，涉及信號(hào)處理、水聲測(cè)量等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
艦船輻射噪聲的總聲級(jí)取決于所有輻射噪聲源，主要的噪聲源來(lái)源于艦船的主機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)、螺旋槳、輔機(jī)機(jī)械系統(tǒng)和航行時(shí)產(chǎn)生的水動(dòng)力效應(yīng)。其中，由輔機(jī)機(jī)械的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的線譜噪聲具有頻率低、穩(wěn)定性強(qiáng)和功率相對(duì)較高等特點(diǎn)，其攜帶著艦船重要的特征信息，可被遠(yuǎn)距離探測(cè)，是水聲設(shè)備探測(cè)艦船的關(guān)鍵。降低艦船噪聲不僅可以有效地減小艦船航行對(duì)海洋生物的噪聲影響，同時(shí)也有利于提高裝備在艦船上的各種水聲設(shè)備的性能。因此，艦船降噪成為艦船聲學(xué)設(shè)計(jì)的迫切任務(wù)，而精確識(shí)別艦船上主要噪聲源的位置為艦船的聲學(xué)設(shè)計(jì)提供了參考，同時(shí)也可為探尋研究艦船內(nèi)部機(jī)械的振動(dòng)機(jī)理提供重要依據(jù)。以往對(duì)艦船輻射噪聲的測(cè)量主要利用其通過(guò)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行輻射噪聲測(cè)量時(shí)，被測(cè)艦船做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測(cè)量水聽(tīng)器并由近及遠(yuǎn)離開(kāi)測(cè)量水聽(tīng)器，在這個(gè)過(guò)程中測(cè)量水聽(tīng)器記錄被測(cè)艦船輻射噪聲的聲壓級(jí)(或功率譜級(jí))與測(cè)量水聽(tīng)器相對(duì)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般稱(chēng)之為艦船輻射噪聲的通過(guò)特性。利用水下測(cè)距信息與輻射噪聲同步記錄的方法可得到艦船部位與輻射噪聲信號(hào)對(duì)應(yīng)的通過(guò)特性曲線。艦船輻射噪聲通過(guò)特性包括總聲級(jí)通過(guò)特性，l/3oct頻帶級(jí)通過(guò)特性和線譜通過(guò)特性?？偮暭?jí)通過(guò)特性曲線的最大值對(duì)應(yīng)于艦船總聲級(jí)最大的位置，而l/3oct頻帶聲壓級(jí)和線譜通過(guò)特性則反映不同頻率的噪聲級(jí)和被測(cè)艦船不同位置的關(guān)系。把測(cè)量水聽(tīng)器與船體上某一個(gè)參考位置的關(guān)系確定，那么在空間(或時(shí)間)上，測(cè)量數(shù)據(jù)與船體部位就形成了一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，它反映了艦船通過(guò)測(cè)量水聽(tīng)器時(shí)，聲壓沿艇體的分布。通過(guò)對(duì)縱向通過(guò)特性分析，可得到不同頻帶噪聲級(jí)與艇體部位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為確定艦船的噪聲源位置提供了一種方法。利用艦船通過(guò)特性識(shí)別艦船線譜噪聲源位置的方法，測(cè)試簡(jiǎn)單但是噪聲源位置識(shí)別精度不理想。時(shí)勝國(guó)(時(shí)勝國(guó)，郭小霞，王佳典，等.矢量陣測(cè)量統(tǒng)計(jì)最優(yōu)近場(chǎng)聲全息的運(yùn)動(dòng)聲源識(shí)別方法與實(shí)驗(yàn)研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(7): 888-894.)、陳夢(mèng)英(陳夢(mèng)英，商德江，李琪，等.運(yùn)動(dòng)聲源的邊界元聲全息識(shí)別方法研究[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，2011，36 (5): 489-495.)利用近場(chǎng)聲全息法識(shí)別運(yùn)動(dòng)聲源的位置和能量，在水池試驗(yàn)條件下取得較理想的效果，但該類(lèi)方法測(cè)量數(shù)據(jù)需要水聽(tīng)器測(cè)點(diǎn)較多，且要求測(cè)量面與被測(cè)目標(biāo)距離小于聲波的波長(zhǎng)，較難應(yīng)用于實(shí)際的水下運(yùn)動(dòng)噪聲源識(shí)別。徐靈基(XuLing-ji, Yang Y1-xin, and Tian Feng.Doppler method for identification of noisesources on underwater moving target[C].1n:Asia-Pacific Signal and InformationProcessing Association Annual Summit and Conference2011，Xi’ an，2011，83-88.)提出利用多普勒頻移方法來(lái)識(shí)別水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)低頻線譜聲源的位置，取得了一定的效果。嚴(yán)光洪(嚴(yán)光洪，陳志菲，孫進(jìn)才.運(yùn)動(dòng)目標(biāo)噪聲源識(shí)別方法[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，27(3): 378-381.)、時(shí)潔(時(shí)潔，楊德森，時(shí)勝國(guó).基于最差性能優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)聲源穩(wěn)健聚焦定位識(shí)別方法研究[J].物理學(xué)報(bào)，2011，60 (6):1-11.)、王志偉(王志偉，徐靈基，楊益新等.直線陣識(shí)別水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)噪聲源方法研究[J].振動(dòng)與沖擊，2012 ;31(19):118-122.)利用聲聚焦陣列的高分辨技術(shù)來(lái)測(cè)量水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的噪聲源，定位精度較高。然而對(duì)于艦船上的低頻線譜聲源，上述方法需要的陣列孔徑太大，且對(duì)陣列布放的形狀要求嚴(yán)格，較難應(yīng)用于實(shí)際的艦船輻射噪聲測(cè)試中。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)采用艦船通過(guò)特性法對(duì)艦船線譜噪聲源位置識(shí)別精度低的不足，本發(fā)明利用被測(cè)艦船與測(cè)量水聽(tīng)器相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的多普勒信號(hào)的相位特性，在僅使用單個(gè)水聽(tīng)器的測(cè)量條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船線譜噪聲源位置的識(shí)別。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:I)在艦船上 任意位置L。處布放一個(gè)水聲同步定位儀作為信標(biāo)源，艦船以速度V做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測(cè)量水聽(tīng)器并由近及遠(yuǎn)離開(kāi)測(cè)量水聽(tīng)器，測(cè)量水聽(tīng)器與艦船運(yùn)動(dòng)軌跡的正橫距離為Rtl，在這個(gè)過(guò)程中測(cè)量水聽(tīng)器接收艦船輻射的聲信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)s (t)，O <t^T, t表示時(shí)間，T表示數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間長(zhǎng)度；2)先把采集得到的水聽(tīng)器接收信號(hào)s (t)做快速傅立葉變換分析頻譜，找到信號(hào)
中存在的低頻線譜，其頻率選擇為又< 500Hz, m = 1，2，…，M，M表示低頻線譜的個(gè)數(shù)；通
過(guò)帶通濾波器分離出存在線譜的頻帶寬度為2j；v/c各個(gè)小區(qū)域信號(hào)，c為水中聲速，得到
各個(gè)低頻線譜噪聲源多普勒信號(hào)Sm (t)，將分離出的線譜噪聲源多普勒信號(hào)Sm (t)復(fù)數(shù)化得至眵普勒解析信號(hào)Zm⑴，其中Zm(t) = sffl(t)+jH[sffl(t)], H[sffl(t)]表示信號(hào)^⑴的希爾伯特變換；3)多普勒信號(hào)的表達(dá)式為zm(t) = Am(t)exp[j^m(t)],其中，時(shí)變幅度
權(quán)利要求
1.一種基于相位模型的艦船線譜噪聲源位置識(shí)別方法，其特征在于包括下述步驟: 1)在艦船上任意位置L。處布放一個(gè)水聲同步定位儀作為信標(biāo)源，艦船以速度V做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測(cè)量水聽(tīng)器并由近及遠(yuǎn)離開(kāi)測(cè)量水聽(tīng)器，測(cè)量水聽(tīng)器與艦船運(yùn)動(dòng)軌跡的正橫距離為Rtl，在這個(gè)過(guò)程中測(cè)量水聽(tīng)器接收艦船輻射的聲信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)s (t)，O < t < T, t表不時(shí)間，T表不數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間長(zhǎng)度； 2)先把采集得到的水聽(tīng)器接收信號(hào)s(t)做快速傅立葉變換分析頻譜，找到信號(hào)中存在的低頻線譜，其頻率選擇為
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于相位模型的艦船線譜噪聲源位置識(shí)別方法，在現(xiàn)有的單個(gè)水聽(tīng)器測(cè)量艦船輻射噪聲的平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)量時(shí)艦船與測(cè)量水聽(tīng)器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，利用高階模糊函數(shù)方法，得到多普勒信號(hào)的瞬時(shí)相位和時(shí)變幅度，然后使用加權(quán)非線性最小二乘法估計(jì)出多普勒信號(hào)的參數(shù)，結(jié)合參考聲源，實(shí)現(xiàn)了艦船低頻線譜噪聲源的定位，該方法實(shí)施簡(jiǎn)單，測(cè)量精度比通過(guò)特性法要高。
文檔編號(hào)G01S1/76GK103176163SQ20131006855
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者楊益新, 徐靈基 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)