直線陣潛艇噪聲源高分辨定位識(shí)別方法研究.pdf

1、潛艇的聲隱身性能是衡量潛艇的安全性和作戰(zhàn)性能的重要指標(biāo)。輻射噪聲是各種無源聲吶和聲學(xué)武器探測(cè)潛艇的主要目標(biāo)信息,是破壞其聲隱身性能的主要因素,自噪聲則直接影響本艇聲吶站的工作性能,因此降低潛艇水下噪聲具有重要意義。為了有針對(duì)性地開展噪聲控制,同時(shí)為潛艇聲學(xué)設(shè)計(jì)中的噪聲指標(biāo)提供實(shí)際依據(jù),開展噪聲源識(shí)別分離技術(shù)研究,查找系統(tǒng)中的主要噪聲源及確定各類噪聲源的貢獻(xiàn)具有重要意義。隨著減振降噪技術(shù)的發(fā)展,以往的噪聲源定位識(shí)別方法和分析手段已無法有效

2、獲得噪聲源信息,因此研究適用于潛艇大尺寸、復(fù)雜系統(tǒng),同時(shí)便于工程實(shí)施的噪聲源近場(chǎng)定位識(shí)別方法,成為潛艇噪聲控制和減振降噪技術(shù)的關(guān)鍵。
　　 本文首先闡述了近場(chǎng)聲聚焦技術(shù)在噪聲源定位識(shí)別方面的優(yōu)勢(shì),在回顧近場(chǎng)聲聚焦技術(shù)理論發(fā)展及其工程應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上,以線列陣近場(chǎng)聲聚焦技術(shù)在潛艇噪聲源定位識(shí)別上的應(yīng)用為研究背景,對(duì)測(cè)量面為平面和柱面的噪聲源近場(chǎng)高分辨定位識(shí)別方法、及能抑制基陣靈敏度誤差和相位誤差的穩(wěn)健噪聲源近場(chǎng)定位識(shí)別方法等方面進(jìn)

3、行了系統(tǒng)、全面的理論和試驗(yàn)研究。
　　 本文首先以基陣近場(chǎng)理論為基礎(chǔ),從理論上闡述了近場(chǎng)聲聚焦的基本原理,并給出均勻線列陣聚焦空間分辨率的計(jì)算公式,分析測(cè)量距離和基陣孔徑等參數(shù)對(duì)聚焦空間分辨率的影響,并針對(duì)近場(chǎng)聚焦的空間混疊問題提出了定位模糊判決方法,可以用于指導(dǎo)基陣的陣形設(shè)計(jì)。
　　 本文針對(duì)常規(guī)近場(chǎng)聚焦波束形成和MVDR近場(chǎng)聚焦波束形成等定位識(shí)別方法的不足,重點(diǎn)研究了基于幅度相位聯(lián)合補(bǔ)償?shù)腗VDR、MUSIC近場(chǎng)聚焦

4、波束形成方法。該方法可以實(shí)現(xiàn)噪聲源相對(duì)強(qiáng)度估計(jì),且在一定條件下可以有效降低信號(hào)頻段和測(cè)量距離對(duì)算法性能的限制,提高基陣在低頻段的聚焦空間分辨率,在高頻段具有更強(qiáng)抑制空間混疊能力,具有更低的旁瓣級(jí),及更強(qiáng)的抗干擾能力,更小的聲源強(qiáng)度估計(jì)誤差,更高的定位精度。針對(duì)極值搜索類算法不適用于相干源近場(chǎng)定位識(shí)別問題,提出了基于最大似然估計(jì)相干源近場(chǎng)高分辨定位識(shí)別方法,并利用遺傳算法尋求最大似然估計(jì)全局最優(yōu)解。該方法具有較高定位精度,且僅利用小孔徑基

5、陣就可實(shí)現(xiàn)相干源近場(chǎng)高分辨定位,同時(shí)不受陣列幾何結(jié)構(gòu)的限制。針對(duì)近場(chǎng)聲聚焦技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)端射方向噪聲源定位識(shí)別問題,提出了基于虛擬旋轉(zhuǎn)變換技術(shù)的端射方向噪聲源近場(chǎng)定位識(shí)別方法,分析虛擬陣列孔徑、測(cè)量距離、信噪比、觀測(cè)區(qū)間等參數(shù)對(duì)算法性能的影響,并給出該方法的具體應(yīng)用條件。
　　 本文針對(duì)潛艇輻射噪聲的寬帶連續(xù)譜成份,研究了基于子帶分解和聚焦變換技術(shù)的寬帶噪聲源近場(chǎng)高分辨定位識(shí)別方法。該方法將子帶分解和聚焦變換技術(shù),與幅度相位聯(lián)合補(bǔ)

6、償?shù)臉O值搜索類算法有效結(jié)合,從而可實(shí)現(xiàn)寬帶非相干源和相干源的相對(duì)強(qiáng)度估計(jì)和聲源空間位置估計(jì),并對(duì)上述方法的空間譜特性、定位性能和聚焦空間分辨率進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 本文研究了適用于潛艇模型的測(cè)量面為柱面的噪聲源近場(chǎng)高分辨定位識(shí)別方法,并對(duì)算法的性能進(jìn)行詳細(xì)分析。為解決線列陣近場(chǎng)定位中的左右舷模糊問題,提出矢量聲壓組合基陣的柱面近場(chǎng)高分辨定位識(shí)別方法,該方法通過在聲壓基陣中配置單只矢量水聽器,將矢量水聽器與柱面高分辨近場(chǎng)定位識(shí)別

7、方法的優(yōu)勢(shì)成功結(jié)合,在實(shí)現(xiàn)水下噪聲源近場(chǎng)高分辨定位識(shí)別的同時(shí),利用矢量水聽器單邊指向性,去除近場(chǎng)定位中的左右舷模糊,同時(shí)對(duì)算法的舷側(cè)模糊壓制能力、聲源相對(duì)強(qiáng)度估計(jì)誤差等性能進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 本文研究了陣列流形失配下的穩(wěn)健噪聲源近場(chǎng)定位識(shí)別方法,該方法可以準(zhǔn)確獲得所需要的對(duì)角加載值,抑制陣列流形失配對(duì)基于幅度補(bǔ)償?shù)腗VDR近場(chǎng)聚焦波束形成性能的影響,提高定位識(shí)別方法的穩(wěn)健性,對(duì)算法的性能進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析。提出了基于單輔助矢