专利名称：基于相位模型的舰船线谱噪声源位置识别方法
技术领域：
本发明是一种舰船线谱噪声源位置识别方法，涉及信号处理、水声测量等领域。
背景技术：
舰船辐射噪声的总声级取决于所有辐射噪声源，主要的噪声源来源于舰船的主机推进系统、螺旋桨、辅机机械系统和航行时产生的水动力效应。其中，由辅机机械的往复运动引起的线谱噪声具有频率低、稳定性强和功率相对较高等特点，其携带着舰船重要的特征信息，可被远距离探测，是水声设备探测舰船的关键。降低舰船噪声不仅可以有效地减小舰船航行对海洋生物的噪声影响，同时也有利于提高装备在舰船上的各种水声设备的性能。因此，舰船降噪成为舰船声学设计的迫切任务，而精确识别舰船上主要噪声源的位置为舰船的声学设计提供了参考，同时也可为探寻研究舰船内部机械的振动机理提供重要依据。以往对舰船辐射噪声的测量主要利用其通过特性来实现。在进行辐射噪声测量时，被测舰船做匀速直线航行，由远及近接近测量水听器并由近及远离开测量水听器，在这个过程中测量水听器记录被测舰船辐射噪声的声压级(或功率谱级)与测量水听器相对位置的对应关系，一般称之为舰船辐射噪声的通过特性。利用水下测距信息与辐射噪声同步记录的方法可得到舰船部位与辐射噪声信号对应的通过特性曲线。舰船辐射噪声通过特性包括总声级通过特性，l/3oct频带级通过特性和线谱通过特性。总声级通过特性曲线的最大值对应于舰船总声级最大的位置，而l/3oct频带声压级和线谱通过特性则反映不同频率的噪声级和被测舰船不同位置的关系。把测量水听器与船体上某一个参考位置的关系确定，那么在空间(或时间)上，测量数据与船体部位就形成了一一对应关系，它反映了舰船通过测量水听器时，声压沿艇体的分布。通过对纵向通过特性分析，可得到不同频带噪声级与艇体部位的对应关系，为确定舰船的噪声源位置提供了一种方法。利用舰船通过特性识别舰船线谱噪声源位置的方法，测试简单但是噪声源位置识别精度不理想。时胜国(时胜国，郭小霞，王佳典，等.矢量阵测量统计最优近场声全息的运动声源识别方法与实验研究[J].哈尔滨工程大学学报，2010，31(7): 888-894.)、陈梦英(陈梦英，商德江，李琪，等.运动声源的边界元声全息识别方法研究[J].声学学报，2011，36 (5): 489-495.)利用近场声全息法识别运动声源的位置和能量，在水池试验条件下取得较理想的效果，但该类方法测量数据需要水听器测点较多，且要求测量面与被测目标距离小于声波的波长，较难应用于实际的水下运动噪声源识别。徐灵基(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.)提出利用多普勒频移方法来识别水下运动目标低频线谱声源的位置，取得了一定的效果。严光洪(严光洪，陈志菲，孙进才.运动目标噪声源识别方法[J].西北工业大学学报，2009，27(3): 378-381.)、时洁(时洁，杨德森，时胜国.基于最差性能优化的运动声源稳健聚焦定位识别方法研究[J].物理学报，2011，60 (6):1-11.)、王志伟(王志伟，徐灵基，杨益新等.直线阵识别水下运动目标噪声源方法研究[J].振动与冲击，2012 ;31(19):118-122.)利用声聚焦阵列的高分辨技术来测量水下运动目标的噪声源，定位精度较高。然而对于舰船上的低频线谱声源，上述方法需要的阵列孔径太大，且对阵列布放的形状要求严格，较难应用于实际的舰船辐射噪声测试中。
发明内容
为了克服现有技术采用舰船通过特性法对舰船线谱噪声源位置识别精度低的不足，本发明利用被测舰船与测量水听器相对运动形成的多普勒信号的相位特性，在仅使用单个水听器的测量条件下，实现对舰船线谱噪声源位置的识别。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:I)在舰船上 任意位置L。处布放一个水声同步定位仪作为信标源，舰船以速度V做匀速直线航行，由远及近接近测量水听器并由近及远离开测量水听器，测量水听器与舰船运动轨迹的正横距离为Rtl，在这个过程中测量水听器接收舰船辐射的声信号，并将其转换成电压信号s (t)，O <t^T, t表示时间，T表示数据记录的时间长度；2)先把采集得到的水听器接收信号s (t)做快速傅立叶变换分析频谱，找到信号
中存在的低频线谱，其频率选择为又< 500Hz, m = 1，2，…，M，M表示低频线谱的个数；通
过带通滤波器分离出存在线谱的频带宽度为2j；v/c各个小区域信号，c为水中声速，得到
各个低频线谱噪声源多普勒信号Sm (t)，将分离出的线谱噪声源多普勒信号Sm (t)复数化得至眵普勒解析信号Zm⑴，其中Zm(t) = sffl(t)+jH[sffl(t)], H[sffl(t)]表示信号^⑴的希尔伯特变换；3)多普勒信号的表达式为zm(t) = Am(t)exp[j^m(t)],其中，时变幅度
权利要求
1.一种基于相位模型的舰船线谱噪声源位置识别方法，其特征在于包括下述步骤: 1)在舰船上任意位置L。处布放一个水声同步定位仪作为信标源，舰船以速度V做匀速直线航行，由远及近接近测量水听器并由近及远离开测量水听器，测量水听器与舰船运动轨迹的正横距离为Rtl，在这个过程中测量水听器接收舰船辐射的声信号，并将其转换成电压信号s (t)，O < t < T, t表不时间，T表不数据记录的时间长度； 2)先把采集得到的水听器接收信号s(t)做快速傅立叶变换分析频谱，找到信号中存在的低频线谱，其频率选择为
全文摘要
本发明提供了一种基于相位模型的舰船线谱噪声源位置识别方法，在现有的单个水听器测量舰船辐射噪声的平台上，根据测量时舰船与测量水听器之间相对运动产生的多普勒效应，利用高阶模糊函数方法，得到多普勒信号的瞬时相位和时变幅度，然后使用加权非线性最小二乘法估计出多普勒信号的参数，结合参考声源，实现了舰船低频线谱噪声源的定位，该方法实施简单，测量精度比通过特性法要高。
文档编号G01S1/76GK103176163SQ20131006855
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者杨益新, 徐灵基 申请人:西北工业大学