技术特征：
1.一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵，其特征在于：包括螺旋双圆锥声压体积阵和矢量稀疏垂直阵，所述螺旋双圆锥声压体积阵具体为：将m条相同的均匀垂直线阵的底端均匀排列在一个半径为r的圆周上，形成一个半径为r，高度为l的圆柱阵，然后将各条垂直线阵的底端固定，顶端绕圆柱的轴线沿圆的周向方向逆时针旋转相同的角度α，得到定义的螺旋双圆锥阵，所述均匀垂直线阵阵元数为n，阵元间距为d1，长度为l；所述矢量稀疏垂直阵共有n
s
个阵元，d2为阵元间距，矢量稀疏垂直阵中心阵元位于螺旋双圆锥声压体积阵半径最小的圆形横截面的圆心位置且垂直于所述横截面，且各阵元均匀分布。2.根据权利要求1所述的一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵，其特征在于：以螺旋双圆锥阵半径最小的圆形横截面的圆心位置的为坐标原点，则各阵元的x、y、z坐标可分别表示为：坐标可分别表示为：坐标可分别表示为：式中，n表示第n层，m表示圆上第m个阵元，共有n层m列，旋转后螺旋双圆锥的高度为h，β
m
为第m个阵元与x轴的夹角，x
1,m
，y
1,m
为第1层圆阵的各阵元坐标，x
n,m
，y
n,m
为第n层圆阵的各阵元坐标，r为螺旋双圆锥阵的最大半径，x
1,m
＝rcos(β
m
)，y
1,m
＝rsin(β
m
)，x
n,m
＝rcos(β
m
+α)，y
n,m
＝rsin(β
m
+α)；矢量稀疏垂直阵各阵元的z坐标可表示为：式中，n表示第n个阵元，共有n
s
个阵元。3.一种利用权利要求1或2所述的水下目标辐射噪声测量组合体积阵的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用所述组合体积阵对测试目标的辐射噪声进行测量并进行频谱分析；步骤2：利用螺旋双圆锥声压体积阵，根据实际测试目标尺寸及测试距离，利用rss聚焦变换法得到恒定束宽波束，在垂直方向及水平方向上形成恒定的半功率波束宽度，对于步骤1中得到的中高频段的辐射噪声利用恒定束宽波束进行噪声测量。步骤3：利用矢量稀疏垂直阵采用矢量信号处理方法形成单边指向性，增大测量增益，然后对于步骤1中得到的低频段的辐射噪声利用空域
‑
频域平均联合的信号处理方法对辐射噪声进行测量。4.根据权利要求3所述的一种利用权利要求1或2所述的水下目标辐射噪声测量组合体积阵的测量方法，其特征在于：步骤2利用螺旋双圆锥声压体积阵，根据实际测试目标尺寸及测试距离，利用rss聚焦变换法得到恒定束宽波束，在垂直方向及水平方向上形成恒定的
半功率波束宽度具体为：从方向入射到基阵的远场窄带信号的导向矢量可具体写成：式中表示第i个传感器对方向信号的响应幅度值，τ
i
为时延。则基阵对于方向入射信号的波束响应为：上式中ω表示波束形成的复加权向量，符号(
·
)
h
表示矩阵的复转置共轭；将螺旋双圆锥体积阵中每个水听器的输出分成k个不重叠的数据块，每个数据块含有l个采样点，即做l点的fft变换，得到k个频率子带上的数据，每个频率子带上含有l个数据快拍，则第k个频率子带上的频率数据用矩阵形式表示如下：式中为入射信号第k个频率子带上对应方向的导向矢量，θ0为垂直入射角，为水平入射角，s(f
k
)表示入射信号的频域形式，n(f
k
)为接收噪声；经聚焦变换后，第k个频率子带上的聚焦数据可表示成如下形式：其中，表示第k个频率子带的变换矩阵；通过上式得到各频率子带的聚焦数据后，可计算基阵输出波束图，与可分别表示为：可分别表示为：其中，为f0频率点处的基阵输出波束图，为f
k
频率点处的基阵输出波束图；恒定波束宽度的基阵输出波束图可表示成：5.根据权利要求3所述的一种利用权利要求1或2所述的水下目标辐射噪声测量组合体积阵的测量方法，其特征在于：步骤3所述利用矢量稀疏垂直阵采用矢量信号处理方法形成单边指向性，增大测量增益，然后利用空域
‑
频域平均联合的信号处理方法对辐射噪声进行测量具体为：
首先采用(p+v
cc
)v
cc
的声压振速联合处理形式形成阵列的单边指向性，对于每个矢量水听器的声压和振速通道利用(p+v
cc
)v
cc
进行处理，得到处理后的接收数据s(i,t)，。其中，i为水听器编号；假设矢量阵中每一个阵元的输入信噪比都是相同的，各阵元接收的声压信号的时域形式可表示为p1(t),p2(t),
…
p
n
(t),同样的，各阵元接收的振速可表示为v1(t),v2(t),
…
v
n
(t)声压与振速对于基阵的输出都是加性的，矢量水听器基阵输出信号和噪声的平均能量可分别表示成：可分别表示成：可求得此时阵增益的具体表达式：单矢量水听器的平均输入信噪比可写成：此情况下阵列的最大增益为：式中n
s
为矢量水听器阵列阵元数，θ
s
与为信号入射方向，ρ为噪声相关系数；截取被测目标行驶过程中每个水听器处理后的接收信号s(i,t)进行窄带频谱分析得到窄带功率谱密度q(i,f)：式中i表示水听器号数，f表示频率，t为信号长度，再根据窄带功率谱密度计算水听器1/3倍频程接收谱级：
式中，f
j
为j个1/3倍频程点中心频率；得到每个水听器进行传播损失的1/3倍频程源谱级后，将位于不同深度的各只水听器声能进行平均，则被测目标的水下辐射噪声的1/3倍频程声压源谱级为：
技术总结
本发明公开了一种水下目标辐射噪声测量组合体积阵及测量方法，包括螺旋双圆锥声压体积阵和矢量稀疏垂直阵，所述螺旋双圆锥声压体积阵具体为：将M条相同的均匀垂直线阵的底端均匀排列在一个半径为R的圆周上，形成一个半径为R，高度为L的圆柱阵，然后将各条垂直线阵的底端固定，顶端绕圆柱的轴线沿圆的周向方向逆时针旋转相同的角度α，得到定义的螺旋双圆锥阵，所述均匀垂直线阵阵元数为N，阵元间距为d1，长度为L；所述矢量稀疏垂直阵共有N
技术研发人员：时胜国 郭强 杨德森 崔竹音 张昊阳 时洁 李松
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/11/9