[发明专利]一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵及测量方法

说明书

本发明公开了一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵及测量方法，包括螺旋双圆锥声压体积阵和矢量稀疏垂直阵，所述螺旋双圆锥声压体积阵具体为：将M条相同的均匀垂直线阵的底端均匀排列在一个半径为R的圆周上，形成一个半径为R，高度为L的圆柱阵，然后将各条垂直线阵的底端固定，顶端绕圆柱的轴线沿圆的周向方向逆时针旋转相同的角度α，得到定义的螺旋双圆锥阵，所述均匀垂直线阵阵元数为N，阵元间距为d₁，长度为L；所述矢量稀疏垂直阵共有N_S个阵元，d₂为阵元间距，矢量稀疏垂直阵中心阵元位于螺旋双圆锥声压体积阵半径最小的圆形横截面的圆心位置且垂直于所述横截面，且各阵元均匀分布。本发明实现对水下目标全频带的高精度辐射噪声测量。

技术领域

本发明属于水下目标辐射噪声测量评价技术领域，涉及一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵及测量方法。

背景技术

随着减振降噪技术不断发展，水下目标辐射噪声水平越来越低，对辐射噪声测量技术提出了越来越高的要求。传统辐射噪声测量方法一般是使用单个声压水听器，而后发展为由多个声压水听器组成水平线阵、垂直线阵以及体积阵测量方法[刘文帅,夏春艳,刘雨东等.浅海条件下利用垂直线阵测量安静型潜艇辐射噪声[C].船舶水下噪声学术讨论会.2005.]。但上述测量方法均有其局限性：单声压水听器配置容易，但无法提供所需的测量增益，同时也无法抑制信道多途干扰；垂直线阵可以实现宽带噪声测量并有效减小海面噪声和信道多途干涉的影响，但由于垂直线阵无法形成单边指向性，因此没有水平空间的处理增益，导致垂直阵列的测量增益较低。同时，进行低频测试时所需的垂直阵列孔径大，此时还存在布放困难，阵型不易控制等问题；为提高阵列测量增益，可以采用体积阵进行测量。体积阵具有单边指向性，可以获得较大的阵列测量增益，但在实现低频段噪声测量时同样需要较大的阵列孔径，我国近海多为浅海，水深一般不足百米，过大的声压水听器阵不利于实际的外场试验测量及工程实现，因此，体积阵适用于中高频段内的辐射噪声测量。为减小低频段噪声测量时所需的阵列孔径并保证较大的阵列测量增益，可以采用矢量水听器阵列进行辐射噪声测量[Shchurov,V.A.Coherent and diffusive fields of underwateracoustic ambient noise[J].The Journal of the Acoustical Society of America,1991,90(2):991]，与声压水听器阵列信号处理技术相比，矢量水听器阵列一方面可以形成单边指向性从而获得水平空间处理增益，另一方面通过声压振速联合处理矢量水听器阵列可获得额外的相干信号处理增益，因此可以在减小阵列孔径的同时保证较大的阵增益，有效地解决了低频段辐射噪声测量问题。因此本发明提出了一种基于矢量稀疏垂直阵和声压体积阵的组合体积阵测量方案，从而实现对水下目标全频带的辐射噪声测量。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵及测量方法，实现对水下目标全频带的高精度辐射噪声测量。

为解决上述技术问题，本发明的一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵，包括基于均匀布阵方式的螺旋双圆锥声压体积阵和矢量稀疏垂直阵，所述螺旋双圆锥声压体积阵具体为：将M条相同的均匀垂直线阵的底端均匀排列在一个半径为R的圆周上，形成一个半径为R，高度为L的圆柱阵，然后将各条垂直线阵的底端固定，顶端绕圆柱的轴线沿圆的周向方向逆时针旋转相同的角度α，得到定义的螺旋双圆锥阵，所述均匀垂直线阵阵元数为N，阵元间距为d₁，长度为L；所述矢量稀疏垂直阵共有N_S个阵元，d₂为阵元间距，矢量稀疏垂直阵中心阵元位于螺旋双圆锥声压体积阵半径最小的圆形横截面的圆心位置且垂直于所述横截面，且各阵元均匀分布。

本发明还包括：

以螺旋双圆锥阵半径最小的圆形横截面的圆心位置的为坐标原点，则各阵元的x、y、z坐标可分别表示为：