基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法技术

本发明专利技术公开了一种基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，包括建立内嵌信号调节板阵列的舷侧阵声呐基阵结构模型，获取相关参数；求解该复合结构在平面声波激励下的各层位移与应力振幅系数向量；计算水听器各单元处的信号增益及结构表面吸声系数；确定水听器单元最佳布放位置。通过在舷侧阵去耦覆盖层及透声覆盖层之间嵌入周期排列的信号调节板阵列，利用各信号调节板单元、阵列与不同性质覆盖层子结构的共振耦合及汇聚作用克服了低频水声信号衰减及低频宽带声吸收差的问题，可实现超宽频率范围内(0–21.3KHz)水听器单元接收信号的显著增强，同时能在多个宽频范围内增加吸声性能从而降低主动声呐的探测距离。

【技术实现步骤摘要】
基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法
本专利技术属于结构声与水声交叉
，具体涉及舷侧阵声呐的信号增强和吸声性能的综合设计方法，可从综合考虑宽频信号增强和吸声性能的角度指导舷侧阵结构方案的设计。
技术介绍
反潜作战作为当今世界海军公认的最大难题，亟需解决的主要技术问题是探测安静性日益提高的潜艇。随着消声瓦等技术的成熟和运用，潜艇的辐射噪声大大降低，而低频范围内目标舰艇的辐射噪声较大且难以被消声瓦等技术所控制，另一方面，鉴于潜艇对中高频信号的反射回波很小，因此低频声呐成为探测声呐的发展方向。舷侧阵声呐作为近年来大力发展的一种低频声呐，安装于水下航行器两舷侧，在远程范围内具备高探测灵敏性，且具有孔径大、兼顾测向和测距等优点，已成为衡量潜艇先进性的重要指标。增强舷侧阵声呐水听器拾取信号的方法有基于声压水听器的信号拾取及增强、基于矢量水听器的信号增强以及阵列信号处理的方法。声压水听器法将信号调节板(SCP)大面积或完全敷设在去耦覆盖层表面来增强水听器拾取的声压信号。该方式对SCP厚度要求较高，故使得舷侧阵整阵重量大大增加，且阵元增益局限在6分贝且低频增益衰减较大。矢量水听本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立内嵌信号调节板阵列的舷侧阵声呐基阵结构模型，获取声激励的振幅、频率及入射角参数，确立入射声压在x‑z平面的空间分布；获取复合结构的几何材料参数，并得到对应复纵波波速、复剪切波速、弯曲刚度和吻合频率；(2)求解该复合结构在平面声波激励下的各层位移与应力振幅系数向量运用各层之间应力平衡与位移连续性，并根据周期性结构的简谐波展开法及各简谐波的正交性，得到平面声压入射下的复合结构耦合方程的矩阵形式；利用矩阵求逆求解，可得各层位移与应力的振幅系数向量；(3)计算水听器各单元处的信号增益及结构表面吸声系数计算水听器各...

【技术特征摘要】
2017.09.12 CN 20171081935611.基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立内嵌信号调节板阵列的舷侧阵声呐基阵结构模型，获取声激励的振幅、频率及入射角参数，确立入射声压在x-z平面的空间分布；获取复合结构的几何材料参数，并得到对应复纵波波速、复剪切波速、弯曲刚度和吻合频率；(2)求解该复合结构在平面声波激励下的各层位移与应力振幅系数向量运用各层之间应力平衡与位移连续性，并根据周期性结构的简谐波展开法及各简谐波的正交性，得到平面声压入射下的复合结构耦合方程的矩阵形式；利用矩阵求逆求解，可得各层位移与应力的振幅系数向量；(3)计算水听器各单元处的信号增益及结构表面吸声系数计算水听器各单元处的法向应力分布，从而可得水听器各单元信号增益；计算结构表面的总声压和法向质点振速，可得结构表面入射声能及吸收声能，从而可得结构表面吸声系数；(4)确定水听器单元最佳布放位置绘制信号增益关于空间坐标的高度图，确定最大信号增益的空间坐标，即对应水听器单元的最佳布放位置。2.根据权利要求1所述的基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，其特征在于，所述步骤(1)中，结构模型从内到外依次为空气层、艇板、去耦覆盖层、周期信号调节板阵列、水听器阵列及透声覆盖层；选取坐标x轴为去耦覆盖层与透声覆盖层分界线，由于信号调节板采用薄板结构，其厚度影响在较低频范围可忽略，选取坐标原点在第0个信号调节板的左端点与去耦覆盖层的交点，故第0个信号调节板左右两边分别有N个信号调节板。3.根据权利要求1所述的基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，其特征在于，所述步骤(1)中，根据水中入射平面波声激励的振幅Pi、频率f、传播声速co、入射角度θi，可确立入射声压在x-z平面的空间分布其中，j为虚数单位；ko＝2πf/co。4.根据权利要求1所述的基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，其特征在于，所述步骤(1)中，确立复合结构的去耦覆盖层、透声覆盖层的几何材料参数，包括密度ρ、厚度h、纵波波速cd0、剪切波速cs0及对应的纵波损耗因子ηd和剪切波损耗因子ηs，则对应复纵波波速为复剪切波速为其中，j为虚数单位；确定复合结构的艇板、信号调节板的几何材料参数包括密度ρ、杨氏模量E、泊松比υ及厚度h；则弯曲刚度为D＝Eh3/12(1-υ2)，吻合频率为co为水中传播声速；设信号调节板长度为L，两两间距为d，则空间周期为l＝L+d，信号调节板单元个数为2N+1。5.根据权利要求4所述的基于内嵌信号调节板阵列的舷侧阵宽频信号增强及吸声方法，其特征在于，所述步骤(2)中，求解该复合结构在入射平面声波下的各层位移与应力的系数向量，包括下述步骤：2a)运用现有的各均匀层分界面即空气层与艇板、艇板与去耦覆盖层、透声覆盖层与水分界面的应力平衡与位移连续性，并运用非均匀层分界面即去耦覆盖层与透声覆盖层分界面z＝0法向及剪切位移连续，分别得该界面法向及剪切位移连续方程：其中，和分别为去耦覆盖层和透声覆盖层的法向位移；和分别为去耦覆盖层和透声覆盖层的剪切位移；ΔHn(x)＝H(x-nl)-H(x-L-nl)，H(x)是Heaviside函数，n＝–(2N+1)…–2,–1,0,1,2…2N+1，l为空间周期；2b)并运用去耦覆盖层与透声覆盖层分界面z＝0法向及剪切应力平衡可得该界面法向及剪切应力平衡方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕妮，潘杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61