[发明专利]一种舰船线谱噪声源纵向分布特性测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理和水声测量领域。 

背景技术

舰船辐射噪声主要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、功率高和稳定性强等特点，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减少舰船航行对海洋生物的影响，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和依据。 

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，1/3oct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1/3oct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。利用舰船通过特性来进行舰船噪声源纵向分布特性测量的方法，测试简单但噪声源定位精度不理想。 

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，很难应用于实际的舰船辐射噪声测试中。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于Wigner-Ville分布的舰船线谱噪声源纵向分布特性测量方法，利用被测舰船与测量水听器相对运动带来的多普勒频移特性，仅使用单个水听器来实现对舰船线谱噪声源纵向分布特性的测量。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤： 

第一步，在舰船上任意固定位置L_c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，水下声速为c，测量水听器与舰船运动轨迹的正横距离为R₀，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),0＜t≤T，T表示数据记录的时间长度； 

第二步，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各个小区域信号，得到各个低频线谱噪声源多普勒信号s_m(t),m＝1,2,…,M；将s_m(t)复数化得到多普勒解析信号z_m(t)＝s_m(t)+jH[s_m(t)]，H[s_m(t)]表示信号s_m(t)的希尔伯特变换；