水聲聲圖測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、聲圖是一種特殊的被動(dòng)聲成像方式,可以給出噪聲源的空間分布。最早應(yīng)用于空氣聲學(xué),在對(duì)軌道列車噪聲分布測(cè)量、大型發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部噪聲測(cè)量等方面已取得了良好的效果,并成功的指導(dǎo)了這些大型機(jī)器設(shè)備的減振降噪。水聲中的艦艇目標(biāo)降噪問(wèn)題同樣備受關(guān)注,受空氣中的聲圖測(cè)量法啟發(fā),論文研究了水聲中的聲圖測(cè)量技術(shù),用于分析艦艇等目標(biāo)的噪聲源空間分布情況。
　　 聲圖測(cè)量采用的核心算法是聚焦波束形成技術(shù),其原理與常規(guī)波束形成類似。不同的是由于聲圖測(cè)量的測(cè)量

2、范圍在近場(chǎng),采用的是近場(chǎng)球面波補(bǔ)償,而非平面波補(bǔ)償,補(bǔ)償量與空間位置有關(guān)。利用空間掃描的方式,來(lái)根據(jù)不同位置的波束形成輸出功率強(qiáng)度來(lái)判定噪聲源的空間分布情況。
　　 由于水聲物理環(huán)境復(fù)雜,使得高精度的大型半波間距陣布放代價(jià)很大,聲圖測(cè)量一般都采用稀疏陣的測(cè)量形式。文中采用了分頻段綜合的方法和虛擬陣元法來(lái)抗陣列稀疏給測(cè)量帶來(lái)的影響。水聲信道是相干多途信道,文中結(jié)合了虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡算法和虛陣算法用來(lái)抗多途信道的影響。以上措施取得了良

3、好的效果。
　　 文中分析了聲圖測(cè)量法的分辨力與其陣長(zhǎng)、目標(biāo)距離、處理信號(hào)頻率有關(guān),相同距離和陣長(zhǎng)條件下方法對(duì)低頻聲源的分辨能力較差,為此研究了近場(chǎng)MVDR聚焦波束形成算法和STMV聚焦波束形成算法來(lái)提高聲圖測(cè)量對(duì)低頻聲源的分辨能力。
　　 聲圖測(cè)量過(guò)程中,若測(cè)量區(qū)內(nèi)存在多個(gè)聲源,則它們之間會(huì)形成相干干擾,強(qiáng)聲源對(duì)弱聲源的干擾尤為嚴(yán)重,為此研究了基于自適應(yīng)干擾抵消的近場(chǎng)波束零陷算法和基于Bartlett權(quán)的近場(chǎng)波束零陷算

4、法,抗各聲源間的相干干擾,進(jìn)一步提高多聲源的聲圖測(cè)量質(zhì)量。
　　 此外,在進(jìn)行水平陣聲圖測(cè)量時(shí),掃描平面深度是否準(zhǔn)確同樣會(huì)影響到聲圖測(cè)量的定位精度。對(duì)于水平陣來(lái)說(shuō),聲圖測(cè)量是在某一深度平面內(nèi)進(jìn)行的二維掃描,掃描深度要與聲源實(shí)際深度一致,否則就會(huì)引人測(cè)量誤差,這使得對(duì)聲源深度的測(cè)量成為了影響水平陣聲圖測(cè)量精度的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。因?yàn)樗疥囋诖怪狈较蚴菬o(wú)指向性的,所以關(guān)于水平陣的聲源深度測(cè)量問(wèn)題文獻(xiàn)中一直未有涉及。論文提出對(duì)于過(guò)陣航行的

5、特殊航行過(guò)程,利用某一深度的聲圖測(cè)量的定位結(jié)果,根據(jù)目標(biāo)與陣的幾何關(guān)系是可以解得聲源深度的。文中研究了幾何法和圓交匯法兩種用于水平陣的聲源深度測(cè)量方法。前一種方法適用于陣水平情況,而后一種方法用于陣有一定角度傾斜的情況。
　　 在對(duì)聲源被動(dòng)定位的基礎(chǔ)上,對(duì)聲圖測(cè)量在輻射噪聲源分離中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討。研究了各噪聲源信號(hào)的分離提取的方法,并分別從時(shí)域和頻域的角度分析了方法的分離性能。
　　 論文基于水平陣、垂直陣以及面陣