一种基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法

本发明涉及舰船辐射噪声测量，尤其涉及一种基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法。

背景技术：

1、舰船建造完成后，需要对其辐射噪声进行测量，以评估其噪声排放。常见的舰船辐射噪声测量系统以单水听器测量为主，通常在环境噪声较低的水域进行，只有当舰船辐射噪声级远高于环境噪声级，水听器接收信号的信噪比很高时，才能较为准确地测量出舰船的辐射噪声级。但是，随着减震降噪技术的发展，舰船辐射噪声越来越低，且海洋中环境噪声因新航道开发、商船增多而逐年上升，导致水听器接收信号的信噪比越来越低，因此基于单水听器的辐射噪声测量方法已经无法满足实际的测量精度要求。

2、为了解决单水听器测量在低信噪比下测量性能低的问题，孙贵青(孙贵青,杨德森,张揽月.基于矢量水听器的水下目标低频辐射噪声测量方法研究[j].声学学报,2002,27(5):429-434.)、方尔正(方尔正,王燕.水下目标辐射噪声测量方法[j].南京航空航天大学学报,2009,41(2):238-242.)等人利用矢量水听器自身与频率无关的指向性，将其用于辐射噪声测量，以提高接收信号的信噪比，相比于传统的声压水听器具有更高的空间增益。吴国清(吴国清,王美刚,陈守虎等.用垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差分析及其修正方法[j].声学学报,2007,32(5):398-403.)等则通过声压水听器阵列获得较高的空间指向性和阵增益，显著降低环境噪声对辐射噪声测量的影响，提高测量精度。向龙凤(向龙凤,孙超,刘宗伟等.基于虚拟时间反转镜的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法[j].声学学报,2013(1):57-64.)等人利用虚拟时间反转镜技术进行噪声测量，降低了多途信号对接收信号的影响，提高了舰船辐射噪声测量精度。

3、但是，对于宽带辐射噪声测量，一个固定基阵所能测量的频带宽度总是有限的。当信号频率超出设计的频带时，会影响波束形成性能，导致辐射噪声测量精度降低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，可以在不改变基阵的情况下，测量更大频带上的辐射噪声。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：

3、一种基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其包括如下步骤：获取基阵接收的待测辐射噪声信号，并将接收到的待测辐射噪声信号变换到频域；通过待测辐射噪声信号和基准频率信号的共轭乘积构造差频信号，其中，基准频率与待测辐射噪声信号的频率的差值为差频频率；基于差频频率对构造的差频信号进行波束形成，并计算差频信号的波束输出信号的幅度；利用基准频率信号的幅度对差频信号的波束输出信号的幅度进行修正，得到待测辐射噪声信号的幅度，基于待测辐射噪声信号的幅度计算待测辐射噪声信号的功率谱。

4、本发明的有益技术效果在于：本发明通过构造差频信号，将基阵设计频带外的信号转换到设计频带内进行波束形成，提高了阵增益，更好地抑制了环境噪声，从而提高了基阵对设计频带外辐射噪声的测量性能，极大地扩展了舰船辐射噪声测量的频带宽度，实现了在不改变基阵的情况下测量更大频带上的辐射噪声的技术效果，且可实现使用较小孔径阵列测量较大带宽的辐射噪声。

技术特征：

1.一种基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其特征在于，所述基阵采用m元均匀线列阵，第m个阵元接收到的待测辐射噪声信号的频域表示为:

3.如权利要求2所述的基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其特征在于，第m个阵元对应的差频信号表示为：

4.如权利要求3所述的基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其特征在于，按照差频频率的阵列流形向量对构造的差频信号进行波束形成，得到差频信号的波束输出信号幅度z：

5.如权利要求4所述的基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其特征在于，

6.如权利要求1所述的基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，其特征在于，以基阵的设计频带的中心频率作为基准频率，以基阵在基准频率处接收到的辐射噪声信号作为基准频率信号。

技术总结
本发明公开了一种基于频差波束形成的舰船辐射噪声功率谱测量方法，包括：获取基阵接收的待测辐射噪声信号；通过待测辐射噪声信号和基准频率信号的共轭乘积构造差频信号；基于差频频率对构造的差频信号进行波束形成，并计算差频信号的波束输出信号的幅度；利用基准频率信号的幅度对差频信号的波束输出信号的幅度进行修正，得到待测辐射噪声信号的幅度，并计算待测辐射噪声信号的功率谱。本发明通过构造差频信号，将基阵设计频带外的信号转换到设计频带内进行波束形成，提高了阵增益，更好地抑制了环境噪声，提高了基阵对设计频带外辐射噪声的测量性能，极大地扩展了舰船辐射噪声测量的频带宽度，且可实现使用较小孔径阵列测量较大带宽的辐射噪声。

技术研发人员：谢磊,孙超,蒋国庆
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15