匹配场处理舰船辐射噪声级估计方法

针对水声信道对舰船辐射噪声声传播的影响,进而导致声源级测量结果不准确的问题,提出了基于匹配场处理的舰船辐射噪声级估计方法。在海洋环境噪声为空间均匀高斯白噪声的假设下,当海洋环境参数已知、信噪比满足一定要求时,匹配场处理能有效地给出被测噪声源的位置信息及该位置处的能量响应。从能量估计角度出发,推导了声源位置处匹配场输出响应的能量修正因子计算公式,从理论上证明了匹配场处理在被测声源位置处输出响应与能量修正因子的乘积为真实声源级的最小方差无偏(MVU)估计。该方法首先选择合适的声场计算模型计算拷贝场向量,对接收到的辐射噪声信号进行匹配场处理,得出接收信号级和被测声源位置;其次利用该位置所对应的拷贝场向量替换能量修正因子公式中的真实信道传输函数以计算能量修正因子的估计值;最后由接收信号级与能量修正因子估计值相乘得出舰船辐射噪声声源级的MVU估计。针对典型的浅海水声信道,进行了计算机仿真试验,结果表明:该方法能有效地进行舰船辐射噪声测量,当信噪比满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。      

准周期随机声脉冲序列信号在浅海波导中的传播

准周期随机声脉冲序列作为船舶辐射噪声信号模型具有合理性和一定普适性,这里将此模型与海洋波导结合,探讨基于此模型产生的噪声线谱经波导传播后的物理规律变化,即船舶辐射噪声经波导作用后的信号物理特性。理论分析和传播仿真计算表明,准周期声脉冲序列船舶噪声信号所含有的线谱由于受随机波导的随机性和多途干涉共同作用,序列脉冲出现的周期性显著被削弱,线谱相对幅度将"额外"快速衰减,从一个视角揭示了船舶辐射噪声线谱不稳定的原因,为船舶辐射噪声(尤其线谱)特性进一步研究提供了相应的理论支持。      

用垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差分析及其修正方法

文章给出了水声波导模型下垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差和修正方法,以便使两种测量结果一致和统一。在设定典型水声波导的参数后,用波数积分方法计算出声源到垂直阵各阵元的信道传输函数,再推导出垂直嵌套阵聚焦波束的信道传输函数,从而得到单水听器和垂直嵌套阵的测量误差。数值计算表明在70 m海深条件下,不同深度单水听器测量单频信号频谱级起伏达15 dB以上,总声级测量误差的均值为3 dB,而垂直嵌套阵测量单频信号频谱级起伏仅4 dB,总声级测量误差的均值趋于0 dB。海上实验测量单频信号声源级的结果与数值计算的起伏一致,海试中垂直阵获得较高的空间增益。结论是在浅海条件下垂直阵的测量精度高于单水听器的测量精度,用单水听器测量的目标总声级需要修正时可以修正,而用单水听器测量的单频信号声源级则难以修正。     

基于特征分析的自适应干扰抑制方法在水声目标被动测距中的应用

针对海洋环境中真实目标常常被强干扰掩盖而难以检测与定位的问题,本文提出了一种基于特征分析的自适应干扰抑制（EAAIS）方法,并将其应用于水声目标被动测距。EAAIS方法预先确定目标方向在一个可能的角度范围内,根据接收数据互谱密度矩阵（CSDM）单个特征向量的波束形成,构造合适的判决因子来自适应地估计并去除CSDM特征空间中的非目标信号子空间以抑制干扰和噪声。然后利用修正后的CSDM进一步获得更清晰的目标的声场干涉条纹,通过匹配声强的频谱结构进行水声目标被动测距。海试数据验证了EAAIS方法在强干扰环境下有效实现水声目标被动测距的能力。     

调幅波的单模激光线性模型随机共振

对单模激光增益模型的光强方程加入调幅波，用线性化近似方法计算了以δ函数形式关联的两白噪声驱动下光强的输出功率谱及信噪比. 结果表明，信噪比不但随着抽运噪声和量子噪声强度的变化出现随机共振，而且随着高频载波信号频率和低频调制信号频率的变化也出现了随机共振. 关键词： 抽运噪声 单模激光 随机共振 调幅波     

非平稳噪声背景下瞬态声脉冲检测新方法

针对非平稳噪声背景下瞬态声脉冲检测难的问题,基于倒谱信号的时域分布特征,提出利用倒谱—小波进行瞬态脉冲检测的新方法,经严格的理论推导证明了该方法的可行性。数值仿真和实验数据处理表明,倒谱—小波方法的检测概率远优于传统能量检测和基于DFT的Power-law检测,尤其在极低信噪比条件下,传统检测方法皆已失效,而本文方法仍然可以获得良好的检测效果。本文工作为进一步研究水声瞬态脉冲的检测提供了技术途径和理论依据。      

偏置调幅波调制噪声的单模激光随机共振

采用偏置信号的调幅波调制抽运噪声的单模激光增益模型，用线性化近似方法计算了以e指数形式关联的两色噪声驱动下光强的功率谱及信噪比.结果表明，信噪比随着噪声强度的变化、抽运噪声自关联时间的变化、激光系统参数的变化、载波频率及信号频率的变化均存在随机共振现象. 关键词： 抽运噪声 单模激光 随机共振 调幅波     

小波尺度相关滤波及其改进算法在电火花声源信号处理中的应用

分析提取宽带电火花声源信号,受到船舶辐射噪声的严重干扰,在5 kHz以下的能量集中区信噪比低,且二者Lipschitz指数特性相近,传统基于相邻尺度相关的滤波算法抗干扰能力有限。根据宽带电火花声源信号不同频带所受干扰的不同,信噪比较高的小尺度高频小波系数,采用相邻尺度相关的滤波算法;信噪比较低的大尺度中低频小波系数,采用跨尺度相关的滤波算法,并对算法中阈值系数的选取方法进行修正。结果表明,该算法滤波效果良好,有效的提取了电火花声源信号,适合窄带强干扰背景噪声下的宽带水声信号处理。      

动态水声环境不确定性的预报与估计

水声环境具有强烈的时空易变性,为了解其变化中的规律和产生的不确定性,将POM海洋数值模型和水声传播模型FOR3D进行耦合,建立海洋—声学耦合数值模式。对海区的温盐等环境参数和水下声场进行预报,给出了典型断面的温度垂直结构、实验海区声速剖面和传播损失。同时,采用集合卡尔曼滤波(EnKF)方法结合海洋—声学耦合数值模式分析了水声环境的不确定性,对不同深度与频率下,传播损失的均值与满足90%的可能区间进行了计算,同时给出了不同点声速、传播损失、声纳作用距离的不确定性直方图。和实验数据的对比结果表明该方法具有较高的有效性,能对水声环境的不确定性进行合理的预报与估计。     

二维平行桨涡干扰气动噪声特性分析

深入理解桨-涡干扰脉冲噪声特性对其噪声的控制具有重要意义。采用气动噪声直接法对低马赫数条件下的二维平行桨-涡干扰气动噪声进行了数值计算,分析了噪声的产生机理和传播、衰减规律。结果表明:当旋涡接近和经过翼型前缘时,翼型前缘附近压强发生强度不同的两次突变,导致翼型气动力变化的同时,向外辐射产生具有偶极子指向性的脉冲声波,其中较弱的一次压强突变能更有效率地辐射声波;通过对4种不同来流速度的声场进行分析,发现上、下远场声压峰值和传播距离成反比,和来流速度的三次方与升力系数波动幅值之积成正比,由此得出了远场声压峰值计算公式,为桨-涡干扰远场声压的预测提供了另一种途径。      

海洋信道随机性引起的船舶噪声线谱衰减

阐述准周期性随机声脉冲序列作为船舶噪声模型的普适性,侧重讨论船舶噪声准周期性随机声脉冲序列所产生的线谱经随机海洋信道传输后的变化。指出在大多数工况下,船舶噪声并不是以几种不同频率的加性正弦波直接叠加在宽带连续谱噪声上,而是一类本身并不含有任何有限强度加性正弦波分量的信号。研究结果表明:海洋信道多途效应引起船舶噪声脉冲序列信号时域上时延扩展;海洋信道的随机性使船舶噪声随机声脉冲序列信号准周期性下降,导致船舶噪声线谱相对幅度“额外”快速衰减,对于存在大范围不均匀水团的海洋信道,50 km传播距离上其介质随机起伏引起的船舶噪声线谱“额外”衰减最高可达11 dB。海洋信道随机性引起的船舶噪声线谱衰减不可忽视。      

水下高速目标对转螺旋桨空化线谱频率理论预报

水下高速目标对转螺旋桨常工作在空化状态,其噪声线谱由前后桨相互作用及前后桨与船舶尾流场的相互作用引起。通过Goldstein的声相似方程,将空泡看作螺旋桨的一部分,对空化条件下水下对转螺旋桨的线谱频率进行了理论预报。推导出了远场条件下单极子源性质的声源所产生的声压表达式,得到了其线谱预报频率。对实测水下高速目标进行了线谱预报,通过比较发现预报值与实测线谱频率具有较高的吻合度。     

Analytical prediction of break-out noise from a reactive rectangular plenum with four flexible walls

This paper describes an analytical calculation of break-out noise from a rectangular plenum with four flexible walls by incorporating three-dimensional effects along with the acoustical and structural wave coupling phenomena. The breakout noise from rectangular plenums is important and the coupling between acoustic waves within the plenum and structural waves in the flexible plenum walls plays a critical role in prediction of the transverse transmission loss. The first step in breakout noise prediction is to calculate the inside plenum pressure field and the normal flexible plenum wall vibration by using an impedance-mobility approach, which results in a compact matrix formulation. In the impedance-mobility compact matrix (IMCM) approach, it is presumed that the coupled response can be described in terms of finite sets of the uncoupled acoustic subsystem and the structural subsystem. The flexible walls of the plenum are modeled as an unfolded plate to calculate natural frequencies and mode shapes of the uncoupled structural subsystem. The second step is to calculate the radiated sound power from the flexible walls using Kirchhoff-Helmholtz (KH) integral formulation. Analytical results are validated with finite element and boundary element (FEM-BEM) numerical models.     

目标辐射噪声中线谱序列的提取方法

不同类型目标辐射噪声包络谱中的线谱及其谐波分布存在较大差异，是进行目标检测和分类识别的重要线索。本文提出了一种基于能量判据和子频带综合的线谱序列提取方法，并利用实测数据进行了比较分析。仿真和对实际数据分析的结果表明，该方法能够较准确、稳定提取线谱序列，为目标检测和分类识别提供了可靠依据。     

Indirect measurement of acoustic power into a small room at low frequencies

An essential step towards improving sound insulation is a reliable means of quantifying the performance. However, for various reasons sound insulation measurements at low frequencies are associated with relatively high uncertainty and wide variance values. The objective of this research is to develop a method of sound insulation measurement which complements the standard ISO 140 measurement methods by providing improved accuracy at low frequencies. In this paper part of the problem is considered, namely the measurement of power radiated into the receiver room. The ‘peak envelope method’ is based on mode theory and the measurement employs a pair of microphones in the receiver room and a calibrated volume velocity source. No reverberation time measurements are required. The theory is outlined and computer simulations and trial measurements are carried out in order to validate the theory. Good agreement in numerical and experimental validation is demonstrated. We conclude that the peak envelope method is suitable for the measurement of radiated sound power at modal frequencies where ISO 140 methods are poorly adapted. In order to obtain transmission loss, a measure of incident power in the source room will also be required, which will be the subject of future works.     

Propagation of quasi-periodic random sound pulse sequence signals in shallow-water waveguides

It is an efficient method to model ship radiated noise as quasi-periodic random sound pulse sequences.Based on the model,this paper discusses the characteristics change of ship noise after through shallow-water waveguides.Theoretical analysis and numerical simulation show that random waveguides and multi-path effects can bring much additional transmission loss for the noise line spectra,demonstrating the instability of ship radiated noise line spectra to a certain extent,and providing some theoretical support for advanced studies of ship radiated noise.     

Numerical study on reduction of the elevated structure noise by surface absorption on plate girders

With the aim to propose a reasonable and effective countermeasure for the elevated structure noise, the sound field radiated by a steel plate girder, which is the main source of the elevated structure noise, have been theoretically analysed. In the present study, steel plate girders are modelled as infinitely long elastic plate strips placed in parallel and numerical examples on the sound field radiated by the steel plate girders are shown. In the analysis of the radiated sound field, the equivalent source method is employed. Effect of the surface absorption on the sound field radiated by the girders is discussed through numerical examples. The results show that the surface absorption is effective for reduction of the radiated sound field, especially in the area that increase of sound pressure due to reflection by adjacent plate girders is observed. Furthermore, to design for reasonable countermeasure, variation of the noise reduction effect due to changing the pattern of surface absorption area on plate girders is classified.     

环筋对水下平底圆柱壳的声振特性影响

本文建立了计算两端带平底板的有限长圆柱壳水中声辐射的FEM／BEM三维模型，探索了加筋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳的辐射功率、辐射效率、法向声强、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加筋平底圆柱壳建模、模态分析基础上，将有关数据（网格、模态）导入边界元软件SYSNOISE中计算流体结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明：（1）随着环筋高度、宽度增大，激励点声压峰和法向声强峰在0-400Hz频率范围内数目减少且峰向高频方向移动，同时辐射声功率在减小（除个别模态峰值外），而辐射效率随筋高增大而增大。（2）环筋数目的增加使激励点辐射声压和法向声强峰数目明显减少，使辐射声功率明显低于无筋圆柱壳的辐射声功率，辐射效率随环筋数目增大而增大。（3）环筋宽度变化对声场指向性影响不大；圆柱壳声场指向性随环筋高度和数目增加出现较大变化，尤其是在研究的频段内的f=51Hz和f=301Hz上。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。     

内部体积源作用下的圆柱壳内外声场特性

圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响,本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程,研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明,体积源构造的准确性与其等效源位置有关,等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4—0.6时,可以提高声场计算结果的准确性;大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变,内声场声腔共振峰发生偏移,并且在部分频段引起较强的声透射现象;此外,体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小,其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.