直線陣潛艇噪聲源高分辨定位識別方法研究.pdf

1、潛艇的聲隱身性能是衡量潛艇的安全性和作戰(zhàn)性能的重要指標。輻射噪聲是各種無源聲吶和聲學武器探測潛艇的主要目標信息,是破壞其聲隱身性能的主要因素,自噪聲則直接影響本艇聲吶站的工作性能,因此降低潛艇水下噪聲具有重要意義。為了有針對性地開展噪聲控制,同時為潛艇聲學設(shè)計中的噪聲指標提供實際依據(jù),開展噪聲源識別分離技術(shù)研究,查找系統(tǒng)中的主要噪聲源及確定各類噪聲源的貢獻具有重要意義。隨著減振降噪技術(shù)的發(fā)展,以往的噪聲源定位識別方法和分析手段已無法有效

2、獲得噪聲源信息,因此研究適用于潛艇大尺寸、復雜系統(tǒng),同時便于工程實施的噪聲源近場定位識別方法,成為潛艇噪聲控制和減振降噪技術(shù)的關(guān)鍵。
　　 本文首先闡述了近場聲聚焦技術(shù)在噪聲源定位識別方面的優(yōu)勢,在回顧近場聲聚焦技術(shù)理論發(fā)展及其工程應用研究的基礎(chǔ)上,以線列陣近場聲聚焦技術(shù)在潛艇噪聲源定位識別上的應用為研究背景,對測量面為平面和柱面的噪聲源近場高分辨定位識別方法、及能抑制基陣靈敏度誤差和相位誤差的穩(wěn)健噪聲源近場定位識別方法等方面進

3、行了系統(tǒng)、全面的理論和試驗研究。
　　 本文首先以基陣近場理論為基礎(chǔ),從理論上闡述了近場聲聚焦的基本原理,并給出均勻線列陣聚焦空間分辨率的計算公式,分析測量距離和基陣孔徑等參數(shù)對聚焦空間分辨率的影響,并針對近場聚焦的空間混疊問題提出了定位模糊判決方法,可以用于指導基陣的陣形設(shè)計。
　　 本文針對常規(guī)近場聚焦波束形成和MVDR近場聚焦波束形成等定位識別方法的不足,重點研究了基于幅度相位聯(lián)合補償?shù)腗VDR、MUSIC近場聚焦

4、波束形成方法。該方法可以實現(xiàn)噪聲源相對強度估計,且在一定條件下可以有效降低信號頻段和測量距離對算法性能的限制,提高基陣在低頻段的聚焦空間分辨率,在高頻段具有更強抑制空間混疊能力,具有更低的旁瓣級,及更強的抗干擾能力,更小的聲源強度估計誤差,更高的定位精度。針對極值搜索類算法不適用于相干源近場定位識別問題,提出了基于最大似然估計相干源近場高分辨定位識別方法,并利用遺傳算法尋求最大似然估計全局最優(yōu)解。該方法具有較高定位精度,且僅利用小孔徑基

5、陣就可實現(xiàn)相干源近場高分辨定位,同時不受陣列幾何結(jié)構(gòu)的限制。針對近場聲聚焦技術(shù)難以實現(xiàn)端射方向噪聲源定位識別問題,提出了基于虛擬旋轉(zhuǎn)變換技術(shù)的端射方向噪聲源近場定位識別方法,分析虛擬陣列孔徑、測量距離、信噪比、觀測區(qū)間等參數(shù)對算法性能的影響,并給出該方法的具體應用條件。
　　 本文針對潛艇輻射噪聲的寬帶連續(xù)譜成份,研究了基于子帶分解和聚焦變換技術(shù)的寬帶噪聲源近場高分辨定位識別方法。該方法將子帶分解和聚焦變換技術(shù),與幅度相位聯(lián)合補

6、償?shù)臉O值搜索類算法有效結(jié)合,從而可實現(xiàn)寬帶非相干源和相干源的相對強度估計和聲源空間位置估計,并對上述方法的空間譜特性、定位性能和聚焦空間分辨率進行了對比分析。
　　 本文研究了適用于潛艇模型的測量面為柱面的噪聲源近場高分辨定位識別方法,并對算法的性能進行詳細分析。為解決線列陣近場定位中的左右舷模糊問題,提出矢量聲壓組合基陣的柱面近場高分辨定位識別方法,該方法通過在聲壓基陣中配置單只矢量水聽器,將矢量水聽器與柱面高分辨近場定位識別

7、方法的優(yōu)勢成功結(jié)合,在實現(xiàn)水下噪聲源近場高分辨定位識別的同時,利用矢量水聽器單邊指向性,去除近場定位中的左右舷模糊,同時對算法的舷側(cè)模糊壓制能力、聲源相對強度估計誤差等性能進行對比分析。
　　 本文研究了陣列流形失配下的穩(wěn)健噪聲源近場定位識別方法,該方法可以準確獲得所需要的對角加載值,抑制陣列流形失配對基于幅度補償?shù)腗VDR近場聚焦波束形成性能的影響,提高定位識別方法的穩(wěn)健性,對算法的性能進行了詳細的對比分析。提出了基于單輔助矢