船舶辐射噪声解调谱相位耦合特性与应用

研究了船舶辐射噪声解调谱谐波线谱的相位特性,通过对实际船舶辐射噪声数据分析,指出船舶辐射噪声解调谱线谱中轴频线谱相位和部分谐波线谱相位之和,与叶频线谱相位的差值为零或为一常数,即存在相位耦合关系。给出了频率具有耦合关系、相位差为非零常数谐波信号的高阶累量,并对这种谐波信号的高阶谱进行了仿真计算。研究了船舶辐射噪声解调谱线谱相位耦合特性的利用方法,通过对部分典型弱调制噪声信号高阶谱分析,指出利用相位耦合关系可以提高弱解调谱船舶目标的螺旋桨参数特征提取能力。      

基于模型匹配的舰船螺旋桨噪声特征精细分析

在双螺旋桨舰船噪声包络建模的基础上,研究了双桨目标调制谱谐波族特征的结构问题,并对海试中发现的"伪桨"现象进行了分析,从理论上解释了谐波族结构发生畸变的原因。进一步采用模型基特征提取技术,研究了基于模型匹配的舰船螺旋桨噪声特征精细分析方法,提取了舰船噪声包络波形精细结构特征。海试信号分析表明,舰船螺旋桨噪声特征精细分析有助于提取更多的螺旋桨物理特征及周期性调制信息,进而提高舰船目标的识别率。      

Non-cavitating propeller noise modeling and inversion

Marine propeller is the dominant exciter of the hull surface above it causing high level of noise and vibration in the ship structure. Recent successful developments have led to non-cavitating propeller designs and thus present focus is the non-cavitating characteristics of propeller such as hydrodynamic noise and its induced hull excitation. In this paper, analytic source model of propeller non-cavitating noise, described by longitudinal quadrupoles and dipoles, is suggested based on the propeller hydrodynamics. To find the source unknown parameters, the multi-parameter inversion technique is adopted using the pressure data obtained from the model scale experiment and pressure field replicas calculated by boundary element method. The inversion results show that the proposed source model is appropriate in modeling non-cavitating propeller noise. The result of this study can be utilized in the prediction of propeller non-cavitating noise and hull excitation at various stages in design and analysis.     

船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导线谱噪声分析

对船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导的线谱噪声进行了研究,主要目的在于螺旋桨非定常推力脉动理论预报方法的验证。基于速度势面元法计算得到非均匀流场中无空泡螺旋桨的推力脉动,在大型循环水槽中利用非定常动力仪测试得到全附体船后螺旋桨的脉动推力,以脉动推力作为声源项预报得远场线谱噪声。一阶叶频非定常推力系数理论计算值与试验值最大相差29.3%,由此引起的线谱噪声差别为3.0 dB。上述结果表明,面元法预报船后螺旋桨非定常推力脉动已达到较高精度,为船舶螺旋桨低频线谱噪声的预报提供了物理基础和重要参数。      

Theoretical analysis and experimental research on non-cavitation noise modulation mechanism of underwater counter-rotation propeller

The underwater counter-rotation propeller non-cavitation noise has an obvious modulation characteristic which is due to the interaction of flow and blade. A modulation mechanism is presented in this paper. A sound pressure spectrum model is presented to describe its non-cavitation noise with application of generalized acoustic analogy method, the modulation mechanism is expressed with the improvement of sound pressure model. The power spectrum and modulation spectrum are presented by numerical simulation. Theoretical analysis and numerical simulation results are verified by the cavitation tunnel experiment. The modulation model of counter-rotation propeller is beneficial to the prediction modulation characteristics and identification of underwater high-speed vehicles.     

不均匀伴流场中螺旋桨空化的黏性流数值模拟和低频噪声预报

阐述了采用空化黏流CFD瞬态模拟和脉冲球形气泡辐射噪声理论相结合的思路在螺旋桨空化低频噪声谱预报上的应用方法。预报了全附体SUBOFF潜艇标称伴流条件下的NSRDC4383五叶大侧斜桨和某七叶大侧斜桨的片空化低频噪声谱,分析了桨叶负载和空化程度对线谱成分及其谱源级的影响。空化模拟时采用作者提出的且可信性经过验证的改进Sauer空化模型和修正SST湍流模型。噪声谱预报时空化体积由空化特征长度求取,较空泡表面球形等价假设更加合理。计算表明,七叶桨较五叶桨的确具有负载小、空化初生延迟、空化低频线谱噪声低的特征。在相同的基于航速的空化数下,非均匀进流与桨叶相互作用会明显增加线谱成分及其谱源级。在伴流、空化数和转速一定时,随着负载减小,推力、力矩和桨叶空化面积均会减小,但空化体积加速度幅度却变大,离散线谱噪声级增加且由奇次谐频为主转变为以偶次谐频为主;当仅减小空化程度时,谐频线谱成分明显被抑制,且1 kHz频率处谱源级减小2.54 dB。较完整地构建了螺旋桨空化水动力和噪声性能评估的数值平台,可用于指导艇尾低噪声桨的数值设计。      

水下对转桨无空化噪声调制理论分析与试验研究

水下对转桨无空化噪声由流场-桨叶相互作用引起,调制特性是水下对转桨无空化噪声的重要特征,本文研究了水下对转桨无空化辐射噪声调制机理。首先利用广义声类比方法得到了无空化条件下水下对转桨的远场声压谱,建立了水下对转桨无空化噪声的调制模型,然后数值仿真了模型对转桨无空化噪声的功率谱和调制谱,最后在空泡水筒中进行了模型对转桨的无空化噪声测量试验,数值仿真结果和试验验证了调制模型的准确性。该模型对于水下对转桨无空化噪声调制特性预报及目标识别具有重要价值.      

基于多分类支持向量机的船舶桨叶数识别研究

分析了目前常用的支持向量机多分类方法以及存在的不足,本文提出了一种混合纠错输出编码的多分类支持向量机改进算法,并应用于利用船舶目标辐射噪声DEMON谱进行船舶桨叶数分类的实验。理论分析与实验结果表明,该改进算法编码明确、具备纠错能力,是一种有效的多分类支持向量机方法,在船舶桨叶数识别中,其分类性能优于一对余、一对一及最小输出编码支持向量机等多分类方法,可适用于船舶桨叶数的分类识别。     

舰船螺旋桨轴频估计中线谱要素提取算法

舰船辐射噪声DEMON谱(调制解调谱)线谱要素提取是舰船螺旋桨轴频估计中的关键步骤。现有的线谱提取技术主要用于功率谱线谱检测,侧重于线谱频率的确定,不能满足舰船螺旋桨轴频估计需求。本文根据DEMON谱线谱的特点及人工提取线谱的过程,设计了一种新的线谱要素提取算法,改进了谱峰筛选技术,将多时刻的DEMON线谱基于最大似然估计和谱峰序列相似度加以融合决策,最终确定了线谱频率和幅值(峰值)及边界。通过实际数据验证,此线谱要素提取算法更适用于螺旋桨轴频估计,可提高轴频估计的准确率。     

螺旋桨空化噪声连续谱仿真算法

螺旋桨空化噪声连续谱由大量空泡随机崩溃所辐射噪声叠加而成。据此,考虑到空泡初始崩溃时刻的随机性和各空泡辐射噪声频谱的相似性,对四种情况空化辐射噪声连续谱特性分别进行了理论分析表明,可依据空泡半径和初始崩溃时间的统计性质,采用蒙特卡罗方法对空化噪声连续谱波形进行仿真建模,模型参数为空泡半径期望值、差异度和随机度,分别相应于确定辐射噪声的基准波形、各空泡噪声频谱相似程度和大量空泡的随机崩溃过程。该方法输入参数物理意义明确,控制简单,能较好地仿真空化噪声连续谱的特性,仿真结果与理论分析吻合较好。     

船舶侧斜螺旋桨空化噪声调制谱模型

针对侧斜螺旋桨船舶建立了一种螺旋桨空化噪声调制谱理论模型.将螺旋桨旋转过程中崩溃的空泡体积的周期性变化近似为空化噪声能量的变化,根据船尾伴流速度与空泡噪声体积成比例以及螺旋桨转速与空泡数量成比例的关系,推导出了空化噪声调制谱数学表达式.理论分析和仿真验证了桨叶之间的差异性是调制谱轴频线谱存在的主要原因,而影响调制谱叶频...     

随机共振法估计二水听器时延差

针对二元阵航船目标方位估计问题,提出了一种基于随机共振滤波的航船辐射噪声双水听器时延差估计方法。设计了一种随机共振滤波器,提取航船螺旋桨旋转噪声在水听器接收信号中出现的本地时间,并通过滤波结果的互相关来估计目标辐射噪声分别到达两个水听器的时延差。在5 dB的输入信噪比下进行200次仿真,提出方法时延估计的归一化均方误差要低于互谱方法一个数量级。对于海试中的非合作航船,提出的方法可以在1 km距离下准确估计出目标辐射噪声到达双水听器的时延差,从而为在二元阵上实现对航船目标的准确测向提供基础。      

船尾伴流场-导管-螺旋桨互作用噪声预报研究

研究了导管螺旋桨低频离散谱噪声辐射机理和预报方法。依据线性声学原理,导管螺旋桨噪声场为螺旋桨直接辐射噪声与导管散射噪声之和,并利用速度势面元法分析流场,得到导管螺旋桨非定常力,将其作为FW-H方程的源项,求解得到螺旋桨直接辐射声。导管散射声通过Kirchoff积分方程求解获得。由于导管桨的导管是短导管,其算例分析计算表明,低频情况下导管散射声级远小于螺旋桨直接辐射声级。并将导管螺旋桨离散谱噪声级与测量所得的实桨离散谱噪声级进行了比较,证实导管螺旋桨离散谱噪声理论预报结果能够较合理的反映实桨离散谱噪声的量值。      

解调带宽对船舶辐射噪声调制谱的影响

利用傅里叶分解原理建立了幅度调制的船舶辐射宽带噪声信号数学模型,导出了基于平方解调算法船舶辐射噪声调制谱数学表达式。通过理论分析和仿真计算得到了关于调制谱分析两个新的结论:(1)解调性能与解调处理带宽关系:在声呐接收的船舶辐射噪声各频带调制度相同时,解调性能正比于解调所采用的带通滤波带宽,解调所采用的带通滤波带宽越宽,解调谱信噪比越高;(2)宽带解调谱和子频带解调谱之间关系:船舶辐射噪声宽带解调谱可以近似认为各子频带解调谱之和。为了验证以上两点结论,对实际船舶辐射噪声解调谱进行了相应处理,结果与仿真计算吻合较好。      

改进的梅尔倒谱系数在低空飞行器特征提取中的应用*

梅尔倒谱系数特征提取技术依据人耳的感知特性将声信号从线性频域转换到梅尔域,在语音识别中得到广泛应用。该文将梅尔倒谱系数技术用于小型低空飞行器的声信号特征提取中,并针对螺旋桨驱动类的小型低空飞行器具有稳定的强谐波特性,对梅尔倒谱系数特征提取中使用的梅尔滤波器进行改进,通过对此类谐波处的线性频谱与梅尔谱转换曲线的斜率进行投影替换,提高滤波器对该谐波处信号的感知敏感度。仿真结果表明,使用改进的梅尔倒谱系数特征提取方法对小型低空飞行器进行特征提取时,能够得到更低的等误识率,并且在低信噪比环境中,改进的梅尔倒谱系数特征提取方法具有更好的抗噪能力。     

水声被动目标识别技术挑战与展望

低频水声探测和船舶减振降噪技术发展,使得传统水声目标识别技术性能逐渐下降。该文分析了声呐工作带宽、探测频率、船舶减振降噪给识别技术带来的挑战。针对低频声呐广泛使用的低频线谱识别,研究了低频线谱的识别能力问题;针对智能识别技术发展,研究了深度学习技术在船舶辐射噪声识别中的应用问题,并给出了数据试验结果,文章最后指出了水声被动目标识别技术亟需开展的研究内容和方向。     

Amplitude modulation of underwater noise produced by seagoing vessels

Data obtained from the processing of records of underwater noise produced by seagoing vessels are used to refine the model of the noise amplitude modulation caused by the rotation of the propeller shaft and ship roll and pitch in a seaway. Specifically, the width of the frequency band of the modulation process, the value of the modulation coefficient, and the distribution of the magnitude and phase of the modulation coefficient over the carrier frequency spectrum are investigated.     

Inverse problem of ship propeller cavitationnoise radiation

I.IntroductionInthecourseofnavigation,shipsinevitablyproducevariouskindsofnoiseradiation,whichbringusimportantinformation.Ononehand,manyresearchersdevotethemselvestothestudyofthetime-frequency-amplitudedomaincharacteristicsoftheshipnoiseradiationfield,whichistheregularmethodforstudyingthenoiseradiation,i.e.,thedirectproblem.ontheotherhand,theyareworkinghardatmakinguseofthelloiseradiationtoinferthestateofshipnavigationandtheconditionofthemainaPparatusonboard,etc.,andthisistheinverseproblemofthe…     

基于LabView的光纤电流互感器一体化测试系统设计

光纤电流互感器日益成为电力系统中最重要的设备,在实用化研究中,光纤电流互感器的检测精度是重要的指标之一,而被测电流的谐波和光纤电流互感器内部的噪声往往影响其测量的准确性。因此对光纤电流互感器谐波的检测以及对其解调算法实用性的验证非常重要。为进一步的谐波治理提供依据及验证解调算法能否有效运用问题,在详细分析现有的谐波检测理论和两种解调算法原理的基础上,设计了一种基于虚拟仪器LabView的光纤电流互感器谐波检测及解调算法测试一体化系统,在快速检测电流各次谐波电平的同时解调出被测电流的信息并对比验证两种解调算法的可行性与优越性,验证结果表明第二种解调算法的精度明显优越于第一种解调算法,更能适用于光纤电流互感器的信号解调。     

Prediction and validation of tonal noise from underwater propellers

Prediction and validation of low-frequency line spectrum noise from ship propeller under non-cavitating condition is presented.The flow field is analyzed with potential-based panel method,which requires the hydrodynamic forces to be integrated over the actual blade surface,rather than over the mean-chord surface.Then the pressure data is used as the input for Ffowcs Williams-Hawkings formulation to predict the far field acoustics.At the same time,propeller unsteady force is measured in hull-behind condition in China Large Cavitation Channel(CLCC).Line spectrum noise of the 1st blade passage frequency(BPF) of a five-bladed propeller operating in a non-uniform flow field is got according to the calculated and measured unsteady forces,in which good agreement is obtained,and the 1st BPF noise difference is within 3.0 dB.The investigation reveals that prediction precision of the propeller's 1st BPF unsteady force with panel method have reached engineering practical degree,providing significant parameters for prediction of propeller line spectrum noise.