青岛近海航船相关海洋环境噪声谱级特性分析

为了了解航船以及禁渔政策对我国近海海域低频环境噪声特性的影响,文章分析了青岛近海航道区域和非航道区域的海洋环境噪声在25～500 Hz频段实测数据的1/3倍频程功率谱密度。结果表明,在30～100 Hz频段,航道附近海域海洋环境噪声谱级比非航道海域高大约5～10 dB;非禁渔期在150～400 Hz频段的海洋环境噪声谱级比禁渔期高大约4～5.5 dB。文章获取的近海低频环境噪声谱级特性,对了解和利用我国以及世界范围内近海环境噪声低频特性具有较重要借鉴意义。     

远离航道海域低频海洋环境噪声垂直指向性

海洋环境噪声垂直指向性是声呐背景场的典型空间特性之一,既可体现噪声源的空间特性及其传播特性,还可用来反演海洋环境的特征参数。分析了南海某岛礁海域实测海洋环境噪声的垂直指向性,发现当接收阵远离航道时,低频海洋环境噪声垂直指向性的主瓣集中在-30°～30°范围内(0°对应水平方向),且水平方向不存在凹槽。基于舰船自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)航船分布数据得到简化航道区域航船噪声源模型,利用3D射线声传播算法,结合实际岛礁海域地形数据,计算的低频海洋环境噪声垂直指向性与实测数据处理结果相符。研究结果表明,当接收阵距航道较远时,由航道航船引起的低频海洋环境噪声以接近水平方向入射垂直接收阵,研究结果可为声呐在远离航道海域的性能提高提供技术支持。     

远海船舶噪声分布初步研究

舰船数量、吨位以及航行距离的急剧上升导致了海洋环境噪声级大幅度升高,对海洋环境的影响也日趋加重。但是当前的海洋环境噪声研究所使用的历史航船数据库的信息却非常匮乏且无法及时更新,不能反映出船舶噪声真实的变化情况。此外,对于远离岸边的海域,岸基船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)与雷达无法监测到,卫星AIS技术的不成熟导致了船舶数据时效性和完整性的严重不足。因此,尚无可用的远海大范围的船舶数据。为了解决远海船舶数据缺乏的问题,提出了一种基于多源AIS数据的数据融合方法,根据某海域在某个时间段内收到的所有AIS信息,处理后进行融合,融合结果可以得到任一时刻该海域的船舶分布情况,进而可计算出该海域的区域船舶噪声级。     

基于拖曳线列阵声纳的噪声监测仿真方法

为便捷获取潜艇辐射噪声,设计了利用艇载拖曳线列阵声纳通过本艇回转机动进行测量的方案。利用潜艇拖曳阵模型,仿真生成了各水听器阵元与本艇的位置关系;根据噪声源理论模型产生了潜艇模拟噪声,利用深海传播模型模拟噪声在海洋环境中的传播衰减。对阵元信号分别利用MVDR、空间平滑MVDR以及适应子带的BMUSIC算法进行处理,在一定频率范围内可以分辨出近距离的不同辐射声源,得到辐射噪声的声源强度、频谱结构和位置信息,进而获取艇上机械工况异常信息。     

风雨条件下的水下噪声谱级预测

海洋表面的风、雨所产生的噪声是水下噪声场的重要组成部分。降水时雨致噪声可在比较宽的频带内决定噪声场的性质。在1~50kHz频段上,对已有的相关研究结果分析、综合,建立了一定风雨条件下的水下噪声谱级的经验预测算法。采用按频率线性分配大、小雨滴对噪声能量谱密度贡献的方法,在9~14kHz频段上对经验算法进行了修正。该修正经验算法不仅克服了经验算法在10kHz处经验预测值的跃变问题,而且通过两种算法预测值与某海域的实际观测数据的对比,表明修正经验算法比经验算法可以在更宽的频带内更加有效地预测一定风雨条件下的水下噪声谱级。     

离心泵作透平流体诱发外场噪声特性及贡献分析

以某离心泵作透平为研究对象,对流体诱发的外场噪声特性进行了数值计算和试验研究。在典型流量下,采用雷诺时均方法获取壁面偶极子声源,并利用FEM/AML方法求解出叶轮和壳体偶极子源作用的流动噪声,基于声振耦合法计算出流体激励结构振动产生的外场流激噪声,分析不同性质噪声源的频谱特性,同时评估外场声源在各个频段下的贡献量。借助模态试验对透平壳体结构的模态参数进行了识别。结果表明,计算与试验振型近似,固有频率平均相对误差小于4.60%。结构的影响使得外场五阶叶频处声压最高,二阶叶频处次之。壳体偶极子作用的流激噪声对外场噪声的贡献最大,其次是壳体偶极子作用的流动噪声,叶轮偶极子作用的流激噪声对外场噪声贡献最小。研究结果为低噪声叶轮机械设计提供了一定的参考。     

东中国海夏季海洋环境噪声特性分析

海洋环境噪声不仅是水中目标探测的背景干扰声场之一,还可用以反演海洋物理参数。文章基于实测东中国海某海区夏季海洋环境噪声数据,分析其时频特性、统计特性以及风关特性。研究结果表明,试验期间该海区100 Hz以下频段的海洋环境噪声级约为110 dB,频率为100和300 Hz的海洋环境噪声级分别服从自由度为8和6的卡方分布,频率为1 kHz和3 kHz的噪声级服从正态分布;海况对低频海洋环境噪声级概率分布无明显影响,但是对高频段噪声级正态分布的均值和方差会产生一定影响;随着频率的增加,海洋环境噪声级与风速对数间的相关系数逐渐增大,1 kHz以上相关系数在0.6～0.7之间;100 Hz以上频段的噪声谱级基本不随深度发生变化。文中的结果可以为水中目标的探测以及浅海海洋环境噪声的应用研究提供技术支持。     

基于矢量水听器的南海海洋背景噪声测试

矢量声压振速联合处理建立在信号的声压和振速相位基础上,海洋环境边界影响将改变矢量声场声压振速的幅度和相位特性．首先根据南海环境条件结合水下目标辐射噪声测量,采用声场矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声和水下点声源矢量强度随深度的变化,然后设计了可用于深海海域噪声测量的矢量水听器测试系统,获取了南海海域典型深度上的背景噪声矢量强度并进行了特性分析．结果表明：深海背景噪声谱级在500Hz以下基本上不随深度变化,在500Hz～3kHz频段浅深度背景噪声谱级略高于较深深度的背景噪声;振速垂直分量的背景噪声要小于声压和振速水平分量的噪声谱级．     

海洋环境噪声背景下水声信号检测的新方法

介绍了利用随机共振原理检测微弱周期信号的基本原理,并对该方法进行了高斯白噪声下的仿真验证。然后,把这种方法应用于以模拟海洋环境噪声为背景干扰的水声信号的检测中,仿真结果证明了这种方法的可行性。     

涡桨飞机机体外表面噪声源计算与实验验证

针对某型涡桨飞机在巡航状态下机体表面的主要噪声源（附面层噪声和螺旋桨噪声）分别进行了计算及结果验证。利用VA-One软件开展了机身表面不同位置处附面层噪声数值计算,同时利用半经验公式进行了螺旋桨近场噪声的计算研究。综合考虑两种噪声源的计算结果,与该型涡桨飞机的机体外表面噪声实测结果进行了对比研究。结果表明,仿真和理论计算相结合的计算结果与实测结果吻合较好,验证了算法的正确性。该算法可应用于涡桨飞机机身外表面噪声载荷及舱内噪声预计。     

基于小波包分解和PCA-Attention-LSTM的舰船辐射噪声识别技术

为了改进舰船辐射噪声分类系统的性能,进一步提高识别准确率,文章提出了一种基于多特征的小波包分解在长短期记忆(LongShort-TermMemory,LSTM)网络中分类的方法。该方法首先通过小波包分解技术,分频段提取舰船辐射噪声的多种特征,将提取的特征利用主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)进行数据降维,通过添加注意力机制(Attention Mechanism)算法的LSTM网络,对辐射噪声结果分类,提高了学习效率和识别准确率。为了更精细地提取特征,分频段提取了舰船辐射噪声的时频域特征、小波变换特征和梅尔倒谱系数等特征,并将分频段与不分频段的特征、多特征与单一特征、不同信噪比间的算法性能进行对比。实验结果表明,基于小波包分解和PCA-Attention-LSTM的模型可以有效地提高舰船辐射噪声分类的性能,是一种可行的分类方法。     

稀疏贝叶斯学习用于噪声互相关提取格林函数

在较窄频带条件下,传统的噪声互相关提取时域格林函数(Time Domain Green’ s Function, TDGF)方法分辨率低,影响了海洋被动声层析的应用。针对这一问题,提出了一种基于稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian Learning,SBL)的噪声互相关提取 TDGF的方法。首先,构造了 TDGF的稀疏表示模型,其中字典矩阵由傅里叶变换算子构成,观测矩阵由频域噪声互相关函数组成。然后,使用预累积处理来折中 SBL估计 TDGF的分辨率与稳定性。仿真与海试实验数据表明,联合预累积处理的 SBL方法有效地从较窄频带的海洋环境噪声中提取了传统方法无法分辨的TDGF到达时间,从而为自适应选取噪声频段、实现快速海洋被动声层析提供了一种可行思路。     

舰船宽带连续谱噪声的模拟

首先对舰船辐射噪声信号的时域特性和频域特性进行了分析讨论,根据噪声的连续谱特性,提出了一种用FIR滤波器实现宽带噪声信号模拟的方法。由于舰船宽带信号的连续谱在高频段具有-6dB/oct的衰减特性,因此该FIR滤波器的幅频响应也要与此一致,且为线性相位,即该滤波器的频率响应要具有特定的形状。采用了自适应方法很方便地实现了该特定频率响应FIR滤波器的设计,再将高斯白噪声信号通过该滤波器即实现宽带噪声信号的模拟。仿真结果表明,该方法较真实地模拟出任意给定频域特征的宽带连续谱噪声信号。     

拖船辐射噪声特性分析及实用抵消

拖船辐射噪声严重影响拖线阵声纳的探测性能,该噪声是成分复杂、多途传播的近程强干扰,如何抵消该噪声是拖线阵声纳面临的一个难题。在讨论了拖船噪声的成因、谱特性以及多途传播路径等问题后,通过对拖船辐射噪声的特性分析及逆波束形成(Inverse Beamforming,IBF)算法的理论研究,并经仿真表明:基于IBF算法的拖船噪声干扰抵消技术能够有效抵消拖船辐射噪声。海试数据验证了抵消后目标信号所在方位更清晰,且能识别出弱目标信号,其抗多途效果好。该方法易于实现,抵消效果显著,具有一定的实用性和可行性。     

一种数字前馈式有源降噪耳罩系统研究

传统耳罩利用隔声原理降低噪声,一般在高频段有着良好的降噪性能,但由于耳罩体积和重量的限制,针对700 Hz以下低频段噪声的降噪性能较差。引入基于滤波-X最小均方(Filter-X Least Mean Square,FXLMS)算法的前馈式有源降噪技术,将有效克服该缺点,使耳罩在低频范围取得良好的降噪性能。实验结果与分析表明,设计的基于STM32控制器的数字前馈式有源降噪耳罩对1 000 Hz以下窄带噪声有15~25 d B的降噪效果。     

基于VMD与共振稀疏分解的舰船辐射噪声窄带特征提取

为了获取实测舰船辐射噪声信号中有效的目标信息、提高低信噪比条件下目标信号的可分性,文章提出了结合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和共振稀疏分解(Resonance-based Sparsity Signal Decomposition,RSSD)的舰船辐射噪声信号特征提取方法。基于舰船辐射噪声信号具有一定的周期性而外界干扰具有随机性的特点,首先利用VMD自相关分析的方法重构信号,主要剔除带外噪声分量;然后采用RSSD算法基于信号共振属性的不同,进一步滤除带内噪声和瞬态干扰,实现对信号中周期性振荡成分的提取;最后提取信号的波形结构特征用于目标的分类识别。仿真信号与实测信号分析表明,该方法可以较好地滤除带内外噪声,增强舰船辐射噪声信号固有的窄带特征。多类舰船目标的分类实验结果表明,该方法可以有效提高低信噪比信号的可分性,有利于提高目标识别的性能。     

基于潜标的海洋环境噪声测量系统

对海洋环境噪声测量系统技术进行了研究,设计和实现了一种基于潜标的海洋环境噪声测量系统,并进行了海上试验.该系统采用潜标的布放方式,利用矢量水听器测量浅海海洋环境噪声场的低频噪声.矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速三个正交分量, 测量信号经预处理后,对信号进行数模变换,得到的噪声数据可以在潜标中自记录或通过水面浮标传输到岸站存储.对噪声测量方法进行的分析和海上试验的结果表明,该系统稳定可靠,能正确地拾取海洋环境噪声.     

台风中的降雨对水下环境噪声的影响

利用数值模型和实验数据分析了台风过境前后雨成噪声对水下环境噪声的影响。该数值模型是基于简正波理论和雨成噪声的统计分析方法。在没有航船噪声和生物噪声的影响下,环境噪声主要是风成噪声和雨成噪声的总和。通过对海上实验数据的分析,深海水下噪声将会在台风眼壁到达前和离开后的两小时时刻受到雨成噪声的影响。在1～3 kHz的频段处,台风中的雨成噪声要比风成噪声大5～6 dB,并且雨成噪声谱的强度随频率的变化比风成噪声谱的变化平缓。理论和实验对比结果显示,数值模型可以较好地预测实验数据。