專利名稱：一種基于多普勒頻移變化率的艦船線譜噪聲源定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種艦船線譜噪聲源定位方法，涉及信號處理、水聲測量等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
艦船輻射噪聲的總聲級取決于所有輻射噪聲源，主要的噪聲源來源于艦船的主機(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、功率高和穩(wěn)定性強(qiáng)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，是水聲設(shè)備探測艦船的關(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)其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)。以往對艦船輻射噪聲的測量主要利用其通過特性來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行輻射噪聲測量時(shí)，被測艦船做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測量水聽器并由近及遠(yuǎn)離開測量水聽器，在這個(gè)過程中測量水聽器記錄被測艦船輻射噪聲的聲壓級(或功率譜級)與測量水聽器相對位置的對應(yīng)關(guān)系，一般稱之為艦船輻射噪聲的通過特性。利用水下測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對應(yīng)的通過特性曲線。艦船輻射噪聲通過特性包括總聲級通過特性，l/3oct頻帶級通過特性和線譜通過特性?？偮暭壨ㄟ^特性曲線的最大值對應(yīng)于艦船總聲級最大的位置，而l/3oct頻帶聲壓級和線譜通過特性則反映不同頻率的噪聲級和被測艦船不同位置的關(guān)系。把測量水聽器與船體上某一個(gè)參考位置的關(guān)系確定，那么在空間(或時(shí)間)上，測量數(shù)據(jù)與船體部位就形成了一一對應(yīng)關(guān)系，它反映了艦船通過測量水聽器時(shí)，聲壓沿艇體的分布。通過對縱向通過特性分析，可得到不同頻帶噪聲級與艇體部位的對應(yīng)關(guān)系，為確定艦船的噪聲源位置提供了一種方法。利用艦船通過特性來進(jìn)行艦船線譜噪聲源定位方法，測試簡單但是噪聲源定位精度不理想。徐 靈 基(Xu Ling-ji, Yang Y1-xin, and Tian Feng.Doppler method foridentification of noise sources on underwater moving target[C].In:Asia-PacificSignal and Information Processing Association Annual Summit and Conference2011，Xi’ an, 2011，83-88.)提出利用多普勒頻移方法來識別水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)低頻線譜聲源的位置，取得了一定的效果。時(shí)潔(時(shí)潔，楊德森，時(shí)勝國.基于最差性能優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)聲源穩(wěn)健聚焦定位識別方法研究[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)來測量水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的噪聲源，定位精度較高。然而對于艦船上的低頻線譜聲源，上述方法需要的陣列孔徑太大，且對陣列布放的形狀要求嚴(yán)格，很難應(yīng)用于實(shí)際的艦船輻射噪聲測試中。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用的艦船通過特性法對艦船線譜噪聲源定位精度低的不足，本發(fā)明利用被測艦船與測量水聽器相對運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移變化率特性，在僅使用單個(gè)水聽器的測量條件下，實(shí)現(xiàn)對艦船線譜噪聲源的定位。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:I)在艦船上任意固定位置L。處布放一個(gè)已知的水聲同步定位儀作為信標(biāo)源，艦船以速度ν做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測量水聽器并由近及遠(yuǎn)離開測量水聽器，測量水聽器與艦船運(yùn)動(dòng)軌跡的正橫距離為Rtl,在這個(gè)過程中測量水聽器接收艦船輻射的聲信號，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號s(t)，0 <t ≤T，t表示時(shí)間，T表示數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間長度；2)把采集得到的水聽器接收信號s (t)做快速傅立葉變換分析頻譜，找到信號中
存在的低頻線譜，其頻率選擇為fm≤ 500Hz, m= 1，2，…，M，M表示低頻線譜的個(gè)數(shù)，通過
帶通濾波器分離出存在線譜的頻帶寬度為
權(quán)利要求
1.一種基于多普勒頻移變化率的艦船線譜噪聲源定位方法，其特征在于包括下述步驟: 1)在艦船上任意固定位置L。處布放一個(gè)已知的水聲同步定位儀作為信標(biāo)源，艦船以速度ν做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測量水聽器并由近及遠(yuǎn)離開測量水聽器，測量水聽器與艦船運(yùn)動(dòng)軌跡的正橫距離為Rtl,在這個(gè)過程中測量水聽器接收艦船輻射的聲信號，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號s(t)，0 < t ≤ T，t表示時(shí)間，T表示數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間長度； 2)把采集得到的水聽器接收信號s(t)做快速傅立葉變換分析頻譜，找到信號中存在的低頻線譜，其頻率選擇為]m < 500Hz, m = I, 2,...，M，M表示低頻線譜的個(gè)數(shù),通過帶通濾波器分離出存在線譜的頻帶寬度為2^>廠各個(gè)小區(qū)域信號，得到各個(gè)低頻線譜噪聲源多普勒信號Sm(t)，將分離出的線譜噪聲源多普勒信號Sm (t)復(fù)數(shù)化得到多普勒解析信號Zm(t),其中 zm(t) = sm(t)+jH[sm(t)], H[sm(t)]表示信號 sm(t)的希爾伯特變換；3)多普勒信號zm(t)瞬時(shí)頻率的變化率稱作多普勒頻移變化率，表達(dá)式為
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于多普勒頻移變化率的艦船線譜噪聲源定位方法，在現(xiàn)有的單個(gè)水聽器測量艦船輻射噪聲的平臺上，利用測量時(shí)艦船與測量水聽器之間相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，結(jié)合首次提出的L-相位分布，提取多普勒信號的多普勒頻移變化率，實(shí)現(xiàn)了艦船低頻線譜噪聲源的定位，該方法實(shí)施簡單，測量精度比通過特性法要高。
文檔編號G01S1/72GK103197278SQ20131006855
公開日2013年7月10日 申請日期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, 楊龍 申請人:西北工業(yè)大學(xué)