[发明专利]基于内嵌信号调节板阵列舷侧阵宽频信号增强及吸声方法

说明书

本发明公开了一种基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，包括建立内嵌信号调节板阵列的舷侧阵声呐基阵结构模型，获取相关参数；求解该复合结构在平面声波激励下的各层位移与应力振幅系数向量；计算水听器各单元处的信号增益及结构表面吸声系数；确定水听器单元最佳布放位置。通过在舷侧阵去耦覆盖层及透声覆盖层之间嵌入周期排列的信号调节板阵列，利用各信号调节板单元、阵列与不同性质覆盖层子结构的共振耦合及汇聚作用克服了低频水声信号衰减及低频宽带声吸收差的问题，可实现超宽频率范围内(0–21.3KHz)水听器单元接收信号的显著增强，同时能在多个宽频范围内增加吸声性能从而降低主动声呐的探测距离。

技术领域

本发明属于结构声与水声交叉技术领域，具体涉及舷侧阵声呐的信号增强和吸声性能的综合设计方法，可从综合考虑宽频信号增强和吸声性能的角度指导舷侧阵结构方案的设计。

背景技术

反潜作战作为当今世界海军公认的最大难题，亟需解决的主要技术问题是探测安静性日益提高的潜艇。随着消声瓦等技术的成熟和运用，潜艇的辐射噪声大大降低，而低频范围内目标舰艇的辐射噪声较大且难以被消声瓦等技术所控制，另一方面，鉴于潜艇对中高频信号的反射回波很小，因此低频声呐成为探测声呐的发展方向。舷侧阵声呐作为近年来大力发展的一种低频声呐，安装于水下航行器两舷侧，在远程范围内具备高探测灵敏性，且具有孔径大、兼顾测向和测距等优点，已成为衡量潜艇先进性的重要指标。

增强舷侧阵声呐水听器拾取信号的方法有基于声压水听器的信号拾取及增强、基于矢量水听器的信号增强以及阵列信号处理的方法。声压水听器法将信号调节板(SCP)大面积或完全敷设在去耦覆盖层表面来增强水听器拾取的声压信号。该方式对SCP厚度要求较高，故使得舷侧阵整阵重量大大增加，且阵元增益局限在6分贝且低频增益衰减较大。矢量水听器法依靠直接拾取柔性障板表面较大的振速(或加速度)矢量信号来增强水听器阵增益，虽省去了刚性信号调节板的引入，但仍存在阵元增益有限且低频信号衰减问题。此外，增加水听器阵信噪比还可借助阵列信号处理的方法，然而舷侧阵信号处理涉及强平台噪声下的远场弱信号检测，由于平台噪声产生机理和传播信道的复杂性，使得其信号检测性能有限。

另一方面，吸声系数是表征水下结构声目标强度的物理量。为保证潜艇的作战性能，在满足其声探测的同时，必须满足最基本的声目标强度或吸声性能的要求。所以，舷侧阵结构设计的核心问题之一就是如何兼顾其信号增强和吸声性能。关于增强水下结构的吸声性能国内外已经发展了大量的方法，包括采用多层覆盖层结构和覆盖层中嵌入无规或周期性填充物，如空腔、金属球及多孔性包含物及声子晶体，其吸声机理可归因为多重散射、波形变换和谐振吸收等。这些方法主要对高频或低频窄带起作用，由于水下声波在低频范围的波长远大于同频率空气声的波长，水下低频宽带范围的声吸收仍是难题。至今还没有一种理想的方法，可在增强超宽频水声信号的基础上同时兼顾低频宽带吸声性能。若能有效降低水听器阵的低频信号衰减、实现宽频水声信号增强且兼顾其宽频吸声性能，同时减轻整阵重量，则可大大增加舷侧阵声呐的探测灵敏性及隐身性能，从而提高其作战性能。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术的不足，本发明目的在于提供一种基于内嵌信号调节板阵列来增强舷侧阵信号增强及吸声方法，从综合考虑增强信号和减低目标强度的角度来指导舷侧阵结构的设计。该方法能够实现超宽频水声信号增益显著增强以大幅改善舷侧振声呐的探测性能，并能增加结构表面声吸收以兼顾隐身性能。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明的基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，包括如下步骤：

(1)建立内嵌信号调节板阵列的舷侧阵声呐基阵结构模型，获取声激励的振幅、频率及入射角参数，确立入射声压在x-z平面的空间分布；获取复合结构的几何材料参数，并得到对应复纵波波速、复剪切波速、弯曲刚度和吻合频率；

(2)求解该复合结构在平面声波激励下的各层位移与应力振幅系数向量；