Оценка уровня источника звука подводного акустического преобразователя в мелкой воде

Предлагается метод оценки уровня звука, основанный на функции акустической обратной частотной частоты (IFRF), чтобы решить проблему плохой точности оценки вибрации и уровня шума подводного акустического оборудования в мелких водах. Этот метод представляет функцию многоканальной передачи как помех для помех источника звука и его многокачественный виртуальный источник. Матрица переноса строит взаимосвязь между прочностью сложных источников, сложными давлениями в точках измерения и акустическим каналом. Источник сильных сторонподводной акустический датчикможно точно оценить по излучаемому акустическому полю измерения на основе инверсии матрицы переноса. Основной принцип метода IFRF введен, и анализируются влияющие коэффициенты ошибок оценки прочности источника, включая ошибки оценки акустического канала, ошибки измерения звукового давления и условия матрицы переноса. Представлены результаты численного анализа моделирования, что указывает на то, что предложенный метод осуществляется и обладает хорошей производительностью при оценке уровня источника звука подводного акустического преобразователя.

Благодаря предложению и реализации национальной стратегии морской власти, большое внимание было уделено развитию морскихЦилиндровый подводной датчик, экологическая защита, научные исследования и защита прав. Подводное акустическое оборудование и беспилотные подводные транспортные средства (UUV, UUV, AUV) и морское инженерное оборудование также быстро развивались, и предоставление точной и эффективной информации о производительности оборудования будет решительно поддерживать разработку различных преобразователей. Интенсивность подводного излучаемого источника звука является важным параметром подводного акустического оборудования, когда оно работает, и он связан с его собственной производительностью и безопасностью. В настоящее время, для тестирования источников подводного шума, в большинстве случаев положение источника шума может быть хорошо расположено и идентифицировано, но трудно точно измерить интенсивность целевого источника звука. Если излучаемый уровень звука шума Источник может быть точно измерен или оценен, он может предоставить руководство по разработке оборудования или оценке производительности и распространяет его до подводной навигации. Оценка уровня подводного шума таких целей, как путешествующие транспортные средства или поверхностные суда, обеспечит эффективную оценку их уровня шума или эффект акустических показателей лечения. В неглубокой водной среде отраженный звук от интерфейса и других источников звука фоновых помех повлияет на целевой испытание подводного излучения звука. Если прямой звук цели может быть отделен от интерференционного звука с помощью конкретного алгоритма, источник звука может быть точно оценен информация, метод обратной частотной матрицы характеристик (функция обратной частотной характеристики, IFRF) в качестве алгоритма пространственного преобразования, он имеет Высокая точность земли и может использоваться для идентификации источников звука и визуализации звукового поля сложных структур и не ограничивается акустической системой, которая является практическим методом испытаний метода IFRF в визуализации источника звука в ближнем поле в воздушной среде . С более подробным теоретическим анализом ученые из разных стран также последовательно изучили и разработали теорию в последующее время. Но были исследований. Если метод может быть введен в фактическую неглубокую водную среду, его можно использовать для тестирования и оценки интенсивности излучения источника вибрационного звука, значительно улучшит проблему плохой точности теста на интенсивность целевого источника звука в неглубокой водной среде. Ввиду вышеупомянутых задач, эта статья принимает монопольный источник звука в качестве объекта исследования, а при предположении сферической волны функция передачи канала моделируется как многовиртуальное источник. используется для инвертирования значения уровня источника источника источника звука, а также оцениваются факторы, которые влияют на точность оценки уровня источника звука. Анализ резонирования и связанный с ним анализ моделирования на основе установленной модели звукового поля, результаты показывают, что метод оценивает метод Источник звука, излучаемый подводным уровнем акустического преобразователя, возможен и имеет высокую степень точности.

1.1 Метод обратной частотной матрицы характеристик

Функция частотной характеристики устанавливает взаимосвязь между фактическим звуковым давлением окружающей среды и целевым источником звука. Функциональная матрица может быть непосредственно измерена или передана. Вычисляется численная модель, и звуковое поле измеряется гидрофоновым матрицей для получения матрицы функции частотной характеристики и сложного звукового давления звукового поля. После расчета, интенсивность Источник звука может быть оценен по измерению поля звука. Учитывая случай одного точечного источника звука, подключение пьезоэлемента на звуковом массиве. Сигнал приемного датчика является сигналом излучения источника звука и функция отклика подводного акустического канала, где Q (HS, T) является глубиной источника звука при HS и P (HM, T) - это глубина. Сигнал домена времени, полученный в точке измерения HM, H (HS, HM), является функцией отклика акустического канала от источника звука до точки приемной. Чтобы облегчить анализ, мы решили проанализировать взаимосвязь распространения звука в частотной области и использовать матрицу для представления сигнала и звука идеального массива.

Соотношение между источниками, p - это вектор звукового давления сложного давления M × 1, Q - вектор интенсивности источника звука (включая мнимый источник), H - матрица сложной частотной характеристики, где термин HI, J связан с I-Th Sound Source для источника звука i-th. Акустическая переносная функция между J -элементами. В фактическом измерении шумовые помехи или условные предположения принесут определенные ошибки. Следовательно, вектор E должен быть добавлен в идеальное звуковое давление измерения. Вектор E представляет собой отклонение между измеренным значением звука и идеальным значением звукового давления P. Чтобы сделать оба для достижения \"Best Match \", традиционный метод состоит в том, чтобы использовать метод наименьших квадратов. Определите функцию стоимости: легко доказать, что интенсивность источника звука, когда будет получено минимальное значение уравнения, является наилучшим оценочным решением.

1.2 Анализ ошибок

Благодаря анализу ошибок можно найти источник ошибки оценки, и он может обеспечить базовое руководство для фактической работы измерения для уменьшения ошибки. Без потери общности. В этом случае мы проводим углубленный анализ предполагаемой интенсивности источника звука, рассчитанной в разделе, и с учетом использования полезного свойства матрицы 2-нормы, то есть для матриц A и B. Количество условий матрицы связано с состоянием матрицы. Когда условие слишком велик, матрица находится в плохого состоянии, и в настоящее время целевая оценка будет дана. Номер условия матрицы определен.

2 моделирование и обсуждение

Поскольку фактическая среда звукового поля является сложной и изменчивой, различные факторы будут влиять на производительность метода в определенной степени. Чтобы проверить IFRF. Метод используется для оценки точности и применимости интенсивности источника звука. Цель состоит в том, чтобы оценить интенсивность источника звука, излучаемого монопольным источником звука, и используется программное обеспечение MATLAB. Чтобы проанализировать влияние метода IFRF в шумной среде, чтобы количественно оценить ошибку между оценочным значением и Фактическое значение, средняя квадратная ошибка выбирается для представления производительности в широкой частотной полосе.

Среда моделирования представляет собой равномерную неглубокую водную среду с плоским дном, глубина воды 60 м, а глубина источника звука устанавливается на 10 м, используя 33 юань, одинаково распределенную вертикаль. Центр базового массива находится на глубине 22 м, а сигнал представляет собой одночастотный непрерывный сигнал в диапазоне 100 Гц ~ 10 кГцсферический подводной акустический преобразовательАнкет Чтобы смоделировать влияние шумовых помех в фактическом тестовом сигнале, гауссовый белый шум добавляется к сигналу звукового давления, полученное с помощью расчета моделирования. Следовательно, взаимосвязь между разницей между оценочным значением интенсивности источника звука и истинным значением с частотой и уровнем шума показана на рисунке 1.

Чтобы выделить характеристики изменения кривой, кривая изменения ошибки, соответствующая отношению сигнал / шум 3DB, и 10DB показана на рисунке 2, таблица. Интенсивность источника в соответствующей полосе частот некоторых отношений сигнал / шум.

Из результатов рисунка 1 и рисунка 2 видно, что в диапазоне частот 100 Гц ~ 10 кГцСферический гидрофон датчик, ошибка оценки интенсивности источника звука нерегулярно изменяется в зависимости от частоты. Когда отношение сигнал / шум низкое, ошибка в некоторых частотных точках превышает указанное на установленное значение 3DB, с улучшением отношения сигнал / шум эта ситуация была значительно ослаблена, а общая кривая ошибок имеет тенденцию быть стабильный. В сочетании со статистическим анализом данных в таблице 1 общая ошибка в полосе частот постепенно снижается и стабилизируется с увеличением отношения сигнал / шум, и она по-прежнему имеет более высокую точность при более низком соотношении сигнал / шум , указывая на эффективность метода МФРФ. Секс и точность.

(2) Влияние горизонтального расстояния на оценку уровня источника звука

Из -за расширения звуковых волн с увеличением расстояния величина звукового сигнала на разных горизонтальных расстояниях на одной глубине отличается. Чтобы проанализировать влияние массива измерения на разных горизонтальных расстояниях на точность уровня источника звука, оцененный методом IFRF, предполагается, что каждое отношение сигнал / шум измерительного сигнала на горизонтальном расстоянии является такой же. Согласно анализу текста, отношение сигнал / шум выбирается как 10 дБ для анализа соответствующих условий испытаний различных испытательных расстояний. На рисунке 3 перечислены соответствующие результаты моделирования для некоторых расстояний. Среднее квадратное значение погрешности оценки уровня источника звука в соответствующей полосе частот.

Сравнивая и анализируя результаты моделирования на рисунке 3, можно видеть, что он имеет сходные характеристики с изменениями шума. Когда горизонтальное расстояние испытаний увеличивается, общая кривая ошибки оценки уровня источника звука колеблется более резко, и на частотах будет больше ошибок. Превышение предопределенного эталонного значения 3DB. Комбинируя статистические данные на рисунке 4, можно видеть, что отклонение инверсии внутри полосы частот постепенно возрастает с увеличением испытательного расстояния. Анализируя это изменение тенденции, общее отклонение составляет менее 1 дБ или даже ниже на расстоянии около 200 м. Учитывая, что фактический акустический сигнал имеет ослабление распространения и интерференцию по шуму окружающей среды, в фактическом тесте горизонтальное положение тестирования контролируется в пределах 100 м от цели, что может повысить достоверность и точность результатов теста.

3 Заключение

В этой статье предлагается метод оценки интенсивности источника звука подводных акустических преобразователей в мелководье на основе метода матрицы обратной частотной характеристики. Обработка и точность метода анализируется и проверяется с точки зрения теории и моделирования. Статья сначала получает и описывает принцип метода МФРФ; и анализирует причину ошибки в оценке интенсивности источника звука из теоретического вывода. По сравнению с традиционным методом ослабления сферической волны и методом формирования луча, функция обратной частотной реакции принимает отраженный сигнал с каждой граничной поверхности в качестве эффективного входа, а также учитывает влияние акустического канала и колебания звукового поля. Анализ моделирования показывает, что метод предложения имеет хорошую производительность в оценке уровня источника целевого звука на мелководье. Этот метод подходит для случая мелких морей с постоянным профилем скорости звука, а также для сложной гидрологии или ситуации измерения широкополосного сигнала требует дальнейшего изучения.