一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法技术

本发明专利技术涉及被动声呐的目标探测距离的技术领域，具体的涉及一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，包括以下步骤：步骤1：在接收点处布放接收水听器用于形成具有孔径的声场接收阵，声场接收阵用于在浅海波导中获取声源形成的声场；步骤2：接收声场，通过声源在不同深度的垂直移动形成虚源阵；步骤3：依据声场接收阵实测的声场数据获取场波数倒数和；步骤4：叠加声场能量，带入步骤3结果，消除浅海波导的调制作用，计算目标噪声源强度，获取自由场中窄带声源信号强度。通过从能量的角度出发，声源测量时没有时间同步的要求，“源”相位的变化不影响结果，并且虚拟垂直阵的阵元间距设置灵活，易于实际操作。易于实际操作。易于实际操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法


[0001]本专利技术涉及被动声呐的目标探测距离的
，具体的涉及一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法。

技术介绍

[0002]水中目标辐射噪声源强度的高低直接决定了被动声呐的目标探测距离，而我国近海多为海底较平坦的浅海大陆架，目标辐射噪声源强度的获取受海洋波导引起的声场多途干涉的影响较大，利用单水听器测量目标噪声单频信号频谱级的精度较低。目前，为了克服浅海波导引起的声场干涉影响，目标辐射噪声测量设备由单水听器向多水听器以及组阵方向发展。其测量方法多为时空频平滑平均、测量阵聚焦某单一方向 (单号简正波)，或已知波导参数计算得到传输函数后反卷积测量的声场。以上方法是通过距声源一定距离处获得的声场反推声源级；而另外一种近场方法
‑
声全息方法，采用复杂阵或多阵扫描测量近场位置的声压以及振速、相位信息，从而获取声源自噪声并预报远处声场。前者是一种最优等价方式，后者更接近真实声源的自噪声，但对物力要求很高。
[0003]不同海洋波导环境下，声传输函数不同，按球面扩展补偿传播损失估计自由场目标辐射噪声源强度，其结果会随环境差异很大，而如果利用声传播模型计算声传播损失来估计目标噪声源强度，又会遇到波导环境参数难以准确获取的实际问题。因波导参数的耦合导致测量得到的源强不是自由场中的目标源强，则很难实现目标辐射声场的有效预报。
[0004]因此，本领域的技术人员亟需一种能够解决波导环境对被动声呐的目标辐射噪声源强测量有影响的问题的波导环境下准确对被动声呐的目标辐射噪声源强测量的方法。

技术实现思路

[0005]针对以上存在的问题，本专利技术的目的在于：提供一种能够去除波导环境对被动声呐的目标辐射噪声源强测量的影响，解决波导环境参数较难准确测量的实际困难，实现一定频率上获取水中目标的自由空间声源强度，通过改变声源的深度形成虚拟源阵，结合接收水听器阵，构成波导中目标辐射噪声测量系统，实现对声源窄带信号源强度的准确估计的方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1：在接收点处布放接收水听器用于形成具有孔径的声场接收阵，声场接收阵用于在浅海波导中获取声源形成的声场；
[0008]步骤2：接收声场，通过声源在不同深度的垂直移动形成虚源阵；
[0009]步骤3：依据声场接收阵实测的声场数据获取场波数倒数和；
[0010]步骤4：叠加声场能量，带入步骤3结果，消除浅海波导的调制作用，计算目标噪声源强度，获取自由场中窄带声源信号强度。
[0011]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，在步骤1中，所述声场接
收阵为声场垂直接收阵，距离接收水听器r米处的声场强度为S(ω)的声源形成的声场为：其中，z
l
、z
j
分别为声源和接收水听器的深度，l，j分别为声源和接收水听器编号，ρ表示介质密度，为特征函数，表征第m号简正波的垂直能量分布，km是本征值，即第m号简正波的水平波数，e是自然常数，约为2.71828，
i
表示虚数单位，t表示时间，ω表示角频率。
[0012]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，其特征是：在步骤1中，声场垂直接收阵在吸收波导无损失时，p(z
j
,r,z
l
,ω)共轭相乘，得到声场垂直接收阵处的声场强度:
[0013][0014]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，在步骤1中，所述声源的简正波满足正交归一化性质其中，H为海深；当声场垂直接受阵的阵孔径接近水层深度时，声场垂直接收阵处的声场强度I进行深度上的声场垂直接收阵源声场叠加：其中Δz为叠加的水听器之间的垂直距离间隔；在步骤2中，在声源的垂直移动形成虚源阵时，声场垂直接收阵源声场叠加进行不同声源深度上的叠加，得到由此可知，目标噪声源强度：
[0015]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，在步骤1中，简正波的声能量透射进入海底，
[0016]其中ΔH表示特征函数在海底部分的深度，由上述公式可知，
[0017][0018]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，在步骤3中，简正波的声能量透射进入海底损失声能量时，目标噪声源强度：
[0019][0020]其中，
[0021]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，在步骤1中，海流引起声场垂直接收阵与声源的垂直切面上出现一维轻微倾斜，其夹角设为θ(单位弧度)，则其中，r0是指最上面接收水听器与声源之间的水平距离，将不同深度水听器与声源之间的距离变换为最上面接收水听器的距离，目标噪声源强度：
[0022]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，所述垂直声场接收阵包括水听器、温深测量传感器TD、浮球、缆绳、重块、释放器。
[0023]上述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，所述声源包括被测换能器和/或者水下发声平台、缆绳、温深测量传感器TD。
[0024]本专利技术一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法的有益效果是：通过从能量的角度出发，声源测量时没有时间同步的要求，“源”相位的变化不影响结果，并且虚拟垂直阵的阵元间距设置灵活，易于实际操作；而且，声压、波数等声场信息均可通过实时测量获取，需要的波导参数先验知识较少，降低了对声传播模型的依赖，增强了对陌生环境的适应性；通过实测波导不同频率波数和垂直阵接收的声压，消除浅海波导环境引起的声场干涉对获取小型可移动目标噪声源强度的影响，去除海洋波导环境的调制作用，实现获取高声速海底波导环境中水中目标自由空间声源强度的较准确估计，该方法通过阵元接收声场能量积分的角度出发，因此“虚源阵”间各“源”之间没有时间同步的要求，“源”相位的变化不影响结果，并且虚拟源阵的垂直间距也可不必相等，易于实际的操作。
附图说明
[0025]图1为本专利技术声源强度测量方法步骤图；
[0026]图2为本专利技术声源强度估计结果与真实值的比较示意图；
[0027]图3为本专利技术声速剖面示意图；
[0028]图4为本专利技术特征函数深度积分的均值示意图；
[0029]图5为本专利技术特征函数深度积分示意图；
[0030]图6为本专利技术不同距离阵倾斜误差分析示意图。
具体实施方式
[0031]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式及附图对本专利技术的内容进行说明。
[0032]不同海洋波导环境下，声传输函数不同，按球面扩展补偿传播损失估计自由场目标辐射噪声源强度，其结果会随环境差异很大，而如果利用声传播模型计算声传播损失来估计目标噪声源强度，又会遇到波导环境参数难以准确获取的实际问题。因波导参数的耦合导致测量得到的源强不是自由场中的目标源强，则很难实现目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：在接收点处布放接收水听器用于形成具有孔径的声场接收阵，声场接收阵用于在浅海波导中获取声源形成的声场；步骤2：接收声场，通过声源在不同深度的垂直移动形成虚源阵；步骤3：依据声场接收阵实测的声场数据获取场波数倒数和；步骤4：叠加声场能量，带入步骤3结果，消除浅海波导的调制作用，计算目标噪声源强度，获取自由场中窄带声源信号强度。2.根据权利要求1所述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，其特征是：在步骤1中，所述声场接收阵为声场垂直接收阵，距离接收水听器r米处的声场强度为S(ω)的声源形成的声场为：其中，z
l
、z
j
分别为声源和接收水听器的深度，l，j分别为声源和接收水听器编号，ρ表示介质密度，为特征函数，表征第m号简正波的垂直能量分布，km是本征值，即第m号简正波的水平波数，e是自然常数，约为2.71828，
i
表示虚数单位，t表示时间，ω表示角频率。3.根据权利要求2所述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度测量方法，其特征是：在步骤1中，声场垂直接收阵在吸收波导无损失时，p(z
j
,r,z
l
,ω)共轭相乘，得到声场垂直接收阵处的声场强度:4.根据权利要求3所述的基于虚拟源阵的浅海垂直移动声源强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军平，林建恒，鲁帆，衣雪娟，江鹏飞，李娜，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所北海研究站，
类型：发明
国别省市：