舰船辐射噪声学习札记(共6页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上舰船辐射噪声舰船辐射噪声包括:机械噪声、螺旋桨噪声以及水动力噪声。其中螺旋桨辐射噪声对目标识别具有重要意义。螺旋桨辐射噪声分为:空化噪声、螺旋桨叶片振动时产生的“唱音”。“唱音”:由螺旋桨叶片排挤、切割水流引起的螺旋桨局部共振,是一种线谱噪声,设计好的螺旋桨可避免“唱音”。空化噪声:空化的出现与深度以及螺旋桨的转速有关,空化噪声随深度的增加而降低,随螺旋桨转速的增加而增加。由两部分构成:一、由紧靠桨叶区域的大量瞬态空泡的崩溃和反弹产生,其频谱是连续的;二、由螺旋桨附近区域中大量稳定空泡的周期性受迫振动产生,其频谱是离散的线谱。高频时线谱成分趋于零,低频时线谱成分大于相
2、应的连续谱;高频段连续谱随频率的平方下降,低频段连续谱随频率的平方而上升,在某一较低频率处出现谱峰。螺旋桨空化噪声会产生幅度调制,通过解调处理的调制谱中存在许多离散线谱,位置对应着螺旋桨的轴频(基频)、叶频(轴频与叶片数的乘积)以及其谐波,利用这些离散线谱可估计螺旋桨的轴频和叶片数。目标的螺旋桨不同则其对应的轴频也不相同,提取轴频可以为被动声纳目标检测和分类识别提供有力工作。舰艇辐射噪声的宽带分量中有明显的振幅调制,通过解调可以得到低频线谱。典型的辐射噪声谱形状如图所示。图 辐射噪声谱示意图舰艇辐射噪声的平均功率谱中既有连续宽带谱,又有离散频率的线谱。这两种成份产生的机理不同,与深度的关系也不
3、同。舰艇噪声的宽带连续噪声谱分量主要是由螺旋桨空化噪声和机械噪声两部分构成。螺旋桨噪声是由于螺旋桨旋转产生空化造成的,反映在舰艇噪声宽带连续谱的高频段。螺旋桨空化噪声的功率谱在高频以6分贝/倍频程斜率下降,在低频功率谱曲线有正斜率,因此存在一个峰值。对于舰船、潜艇这个峰值在1001000Hz范围内。以潜艇为例,这个峰值的位置随航速增加和深度减小而向低频方向栘动。实际测量舰艇辐射噪声的连续宽带谱中有时不存在峰值,这是因为在低频端还有其它噪声源产生的噪声,如机械振动产生的噪声等。宽带谱中低频段主要的噪声是机械噪声。舰船辐射噪声中的线谱分量主要集中在1000Hz以下的低频段。产生线谱的噪声源有三类:
4、往复运动的机械噪声、螺旋桨叶片共振线谱和叶片速率线谱、水动力引起的共振线谱。螺旋桨叶片被海流激励发生共振可以产生很强的线谱噪声。螺旋桨产生的线谱噪声,其频谱是与叶片数及其转速有关的“叶片速率谱”可表示为: (1)上式中,m为谐波次数,n为螺旋桨叶片数,s为螺旋桨转速。这种叶片速率线谱在1100Hz频带内是潜艇辐射噪声的主要成份。从式中可知,各线谱存在着谐波关系,轴频为各谐波的最大公约数,这种特性常被声纳系统用作识别目标和估计速度的根据。对于一定深度和航速,潜艇噪声存在一个临界频率,低于此频率主要是机械噪声和螺旋桨噪声线谱,高于此频率主要是空化产生的宽带连续谱。一般临界频率在1001000Hz范
5、围的。测量表明,对低速舰船,线谱强度可高于附近连续谱1025分贝,其稳定度可达10分钟以上。这是被动声纳窄带检测的物理基础。舰船辐射噪声的线谱主要是螺旋桨的轴频及其谐波成分。舰船辐射噪声信号生成DEMON谱分析DEMON(Detection of Envelope Modulation on noise)分析DEMON谱的目的:获得螺旋桨空化噪声的调制线谱,进而确定螺旋桨的转速和叶片数目等物理特征。DEMON特征提取最关心的是:轴频和叶频。DEMON谱分析的重要步骤:一是对舰船辐射噪声信号进行解调;二是对解调后的信号进行谱分析,从而获得有用的目标识别特征。线谱主要是螺旋桨的轴频及其谐波频率成分
6、。图 舰船噪声信号DEMON分析处理框图仿真:调制频率为(1)式中螺旋桨转动的轴频和叶频,载频为宽带噪声。1、舰船的噪声信号,主要是线谱以及谐波分量(包络),一般为10-100Hz的谐波簇。2、载波信号仿真,主要是带限信号,宽带高斯白噪声信号通过一个带通滤波器。3、将两者相乘,得到带通滤波器以后的信号,这时线谱以及其谐波分量作为包络调制到载波上。4、经过低通滤波器(截止频率为两倍的包络宽度)将包络滤出来,获得调制信号成分。5、进行谱分析。DEMON特征信噪比DEMON谱分析的目的是获得螺旋桨空化噪声的调制线谱,进而确定螺旋桨的转速和叶片数目等物理特征。鉴于在DEMON特征提取中最为关心的是轴频
7、和叶频,故明确定义DEMON轴频信噪比和叶频信噪比。考虑DEMON的平均噪声功率,因为线谱检测是在起伏的DEMON连续背景中进行,这种起伏实际上就是检测时的干扰噪声。在计算噪声功率之前,需对DEMON谱波形做一定处理,首先是零均值处理,假定DEMON谱数据为,其均值如下:令,为更好的反映噪声功率,为此把序列中大于均值一定范围内的值认为是线谱,不计入噪声功率,而把考虑滤除这种线谱的DEMON谱作为实际的噪声功率,记为,其中为的平均值,为常数。轴频信噪比定义为:;叶频信噪比定义为:;其中分别表示轴频线谱,叶频线谱的功率。经典舰船噪声信号解调方法对于舰船辐射噪声来说,调制包络是调制在宽带噪声上,对于
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