[发明专利]一种基于粒子群优化阵列处理的船舶辐射噪声测量方法

说明书

本发明公开的基于粒子群优化阵列处理的船舶辐射噪声测量方法包括以下步骤：利用GPS获得被测船舶与测量阵列的位置信息，建立被测船舶到接收阵列的格林函数；初始化粒子群设定，设置阵列参考阵元，将接收阵列待求解的各阵元权系数代入粒子群参数；将粒子群进行迭代计算，利用阵列权值计算阵列输出信号与参考阵元输出信号的均方误差；选取最小均方误差值处的阵列权值，最终得到阵列权值的优化结果。使用算法优化得到的阵列权值计算阵列输出信号，实现自适应波束形成，抑制环境干扰，提高信噪比同时保留准确的船舶辐射噪声量级。

技术领域

本发明属于试验与测试技术领域，提供一种基于粒子群优化阵列处理的船舶辐射噪声测量方法，用于高海洋背景噪声、船舶运动参数已知条件下的辐射噪声精确测量。

背景技术

“商船噪声对海洋生物影响”议题自从国际海事组织MEPC第57次会议以来一直受到各个国家的关注，并被列为优先考虑事项。目前国内民用船舶面临辐射噪声检测需求，并且由于民用船舶数量庞大，需要检测方法具有较高的环境容忍度，然而现阶段船舶辐射噪声测试中对海洋背景噪声量级有较高的要求，测试时需选择低于3级海况的气候条件及远离航道的海域，较为严苛的测试条件导致辐射噪声检测工作常由于气候等原因推迟，无法满足大批量测试需求。针对现有依靠单水听器形成阵列求均值的测量方式，有文章提出利用阵列波束形成方法进行辐射噪声测试可以有效抑制环境干扰，但该方式需要预先对被测船舶进行被动定位，定位精度不能满足测试需求。俄罗斯专家提出基于已知位置信息的自适应波束形成算法可以形成精确阵列导向，但这种方法对于最优权值的运算量较大，运算时间长。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于粒子群优化阵列处理的船舶辐射噪声测量方法，利用GPS提供被测船舶与测量阵列的位置信息，运用粒子群算法求解优化阵列权值，实现自适应波束形成，抑制背景噪声干扰，对船舶辐射噪声实施精确测量。

本发明提出的优化算法流程如图2所示，包括以下步骤：

 （1）利用GPS获得被测船舶与测量阵列的位置信息，建立被测船舶到接收阵列的格林函数；

 （2）初始化粒子群设定，设置阵列参考阵元，将接收阵列待求解的各阵元权值代入粒子群参数；

 （3）将粒子群进行迭代计算，利用权值计算阵列输出信号与参考阵元输出信号的误差值；

 （4）选取最小误差值下的阵列权值，最终得到阵列权值的优化结果。

本发明的有益效果是：

在保证船舶噪声测量精度条件下，有效抑制背景噪声干扰，提高测量信噪比，效果如图4、图5所示。

附图说明

 图1 船舶辐射噪声测量方法示意图

 图2 优化阵列权值算法流程示意图

 图3 粒子群优化过程中的误差下降示意图

 图4 本发明阵列处理方法与参考水听器通过特性对比图

 图5 本发明阵列处理方法与参考水听器频域结果对比图

具体实施方式  下面结合船舶运动信号仿真结果与附图对本发明具体实施方法进行详细说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的基于粒子群优化阵列处理的船舶辐射噪声测量方法实施方式如图1所示，被测船舶由阵列上方经过，利用阵列测量船舶辐射噪声，计算输出信号与参考水听器信号误差值最小时的权值作为阵列权向量，此时阵列输出信号可以在准确保留单水听器测量噪声量级的同时抑制环境干扰。