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《哈尔滨工程大学》 2010年
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浅海中声能量分布的不均匀性对潜艇辐射噪声测量的影响研究

胡鹏涛  
【摘要】:随着声隐身技术的不断发展,低噪声潜艇的辐射噪声源级已接近于海洋环境噪声,这给辐射噪声测量带来了很大的困难,研究和解决符合我国国情的安静型潜艇辐射噪声测量技术,是摆在我们面前艰巨而紧迫的任务。 我国大陆架较平缓,沿海多为浅海,很难找到具备建设深水试验场的海域,为满足安静型潜艇辐射噪声测量的需求,在浅海近距离测试比较适合我国国情。然而,我国这种特定的辐射噪声测量环境和潜艇复杂的声源结构及其辐射特性,使得测试海域内声场分布不均匀。当影响潜艇辐射噪声测量精度的诸多因素如测量设备,测距,测量方法等已得到很好解决时,测试海域内声场能量分布的不均匀性已成为影响我国潜艇辐射噪声测量精度的一个重要因素。基于此,本文以低噪声测量系统的实际工程项目为研究背景,对水下目标辐射噪声测量距离内的声场特性进行系统、全面的理论和试验研究。 本文首先根据射线声学理论,推导了典型声源和复杂声源在边界约束条件下的声压场和质点振速场数学表达式,建立了基于虚源法的浅海矢量声场计算模型,并将声场计算模型应用于宽带声源信号矢量声场计算中,对于斜率变化平缓、表面起伏方差不太大的不平整表面,采用微扰法对其声场进行描述,为测试海域内声场特性研究提供理论计算方法。 本文从潜艇辐射噪声测量的实际工程角度出发,研究了浅海环境下目标辐射声的矢量声场近程传播特性,揭示了测试海域内声场分布的不均匀性与目标声源结构及其辐射特性,声信号的频率、带宽,边界约束,海底声学特性,声源的空间位置,目标声源的航行工况等因素之间的相互关系。为了减小特定测量环境内声能量分布不均匀性对测量的影响,试验时需根据测量环境和测试目标,进行海域的声场空间分布分析,可选取声源与接收器合适的空间位置,在声能量汇聚程度较小的区域进行测量试验,提高测量的精度。 本文将测试环境下的测量值与球面波扩展规律进行对比,定量分析了声能量分布不均匀引入测量误差的大小。传统的利用球面波扩展规律对辐射噪声测量值进行修正的方法,在远场自由场条件下是可行的,在近距离测量范围内对于无指向性的声源,也是可行的。但是对于有指向性的声源,或者存在边界约束时,利用球面波扩展规律对测量数据进行距离修正是有偏差的,特别是对于声能量抵消的区域,测量值和球面波扩展规律都远大于真值,此时需根据声源的辐射特性和空间位置进行特定修正。 针对测试环境内声能量分布不均匀的主要影响因素,本文探讨和研究减小测试环境内声场分布不均匀的方法和相关技术,进一步提高测量精度。提出并从理论上证明了采用基于矢量水听器阵列测量模型的技术,能对信道空间传递函数平滑,为如何减小测试海域边界约束引起的声能量分布不均匀对目标辐射噪声测量的影响提供了依据;而利用分频带目标等效声中心估算和距离修正的方法,通过合理选取现实复杂声源的等效声学中心,能减小测量时体积分布源对目标辐射噪声测量结果的影响。 通过系统地开展水下声传播近程测量试验,完成了矢量水听器的灵敏度校准及外场测试系统的方案设计,验证了水下目标辐射噪声测量距离内的声场能量分布不均匀特性、相关规律以及如何减小声能量分布不均匀对目标辐射声测量影响的方法,为实际工程测量的数据分析和矢量水听器阵列在水下目标辐射噪声测量中的工程应用提供了试验基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB566

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郝伟杰;波导环境下水中目标矢量声场特性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李伟洲;波束形成技术在声频弱信号测量系统中研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
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【共引文献】
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9 靳建嘉;陈洪娟;王文芝;张虎;;基于亥姆霍兹积分法的低频换能器校准方法研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
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2 陈乃锋;MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 赵永辉;多通道参量阵信号源及功放电路设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 齐崇阳;低频远程海底混响简正波建模研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
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6 宋海岩;朴胜春;;基于高阶累积量矩阵组正交联合对角化的高分辨方位估计方法[J];电子与信息学报;2010年04期
7 严琪,宋明凯,宫先仪;模波束形成及其Robust处理[J];声学与电子工程;1990年04期
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10 杜金燕;孙超;;典型浅海声场环境中的简正波估计[J];声学技术;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 黄益旺;杨士莪;朴胜春;宋扬;;基于声线传播时间匹配场处理的失配研究[A];2005年全国水声学学术会议论文集[C];2005年
2 李璇;马晓川;陈模江;;多径效应下稳健Capon的DOA估计[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜智超;水下噪声源定位识别方法与软件研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孟洪;矢量水听器及联合信号处理研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
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6 万瑾;基于子空间相交的长线阵目标方位估计方法研究[D];中国海洋大学;2007年
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10 杨晶;不规则海域声矢量场建模研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【二级参考文献】
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2 生雪莉;郭龙祥;梁国龙;;球形软障板矢量传感器指向性研究[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
3 章林柯;何琳;朱石坚;;潜艇主要噪声源识别及贡献比计算方法综述[A];第十届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2005年
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1 孟洪;矢量水听器及联合信号处理研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 孙岩松;各向异性噪声场对矢量水听器检测性能影响的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 吴开明;水下声信道的仿真与应用研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
4 富弘毅;并行程序性能分析技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2004年
5 刘爽;零阶及一二阶组合水听器的设计[D];哈尔滨工程大学;2008年
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9 吕云飞;张殿伦;邹吉武;兰华林;孙大军;;基于潜标的海洋环境噪声测量系统[J];高技术通讯;2009年07期
10 方尔正;王燕;;水下目标辐射噪声测量方法[J];南京航空航天大学学报;2009年02期
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5 敖海涛 汪鲁迅 刘迎军 本报特约记者 曹金平;马伟明:中国潜艇“心脏”设计者[N];中国国防报;2010年
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8 欧阳言非美国《华盛顿观察》周刊;台当局拟自建柴电潜艇[N];世界报;2009年
9 宛敏武 特约记者 方立华;返航途中“战”事不断[N];解放军报;2011年
10 一兵;向多方面发展的潜艇[N];北京科技报;2001年
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3 吴艳群;拖线阵用光纤矢量水听器关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 吕文磊;压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 师俊杰;基于潜标的甚低频矢量声场建模与试验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 陈丽洁;微型矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 马敬广;时间反转镜被动定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
8 莫世奇;矢量水听器的数据融合研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 李洪升;基于计算智能的声呐盲波束形成算法研究[D];西北工业大学;2004年
10 时胜国;矢量水听器及其在平台上的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
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1 白云;噪声测量中矢量水听器被动合成孔径声纳方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨松涛;深水矢量水听器的研制[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 何勤;有限障板下矢量水听器性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张鹏;集成型二维矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 邹亮;耐压矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 张驰;多矢量水听器的数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 张俊;潜标平台下的矢量水听器悬挂系统声学性能影响研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
8 归宏猛;矢量水听器(阵)及其在低频声源校准中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 李海霞;有限障板对矢量水听器测向的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张春雷;用于拖曳阵的矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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