Estimativa do nível de fonte de som do transdutor acústico subaquático em águas rasas

Um método de estimativa de nível de fonte de som baseado na função de resposta inversa de frequência acústica (IFRF) é proposta para resolver o problema da má precisão da avaliação do nível de vibração e ruído de equipamentos acústicos subaquáticos em águas rasas. Esse método representa a função de transmissão multicanal como a PERPOSITIÇÃO DE INTERFERENCIAIS SU da fonte de som e sua fonte virtual de ordem multi. A matriz de transferência constrói a relação entre as forças complexas da fonte, as pressões complexas em pontos de medição e o canal acústico. As forças de origem detransdutor acústico subaquáticopode ser estimado com precisão da medição de campo acústico radiada com base na inversão da matriz de transferência. O princípio básico do método IFRF é introduzido, e os fatores de influência de erros de estimativa de força de origem são analisados, incluindo os erros de estimativa do canal acústico subaquático, erros de medição de pressão sonora e as condições da matriz de transferência. Os resultados da análise de simulação numérica são apresentados, o que indica que o método proposto é viável e tem um bom desempenho na estimativa do nível de fonte de som do transdutor acústico subaquático.

Com a proposta e a implementação da estratégia nacional de poder marítimo, tem sido dada grande atenção ao desenvolvimento detransdutor subaquático cilindro, Proteção ecológica, pesquisa científica e proteção dos direitos. O submarino equipamento acústico e veículos submarinos não tripulados (UUV, UUV, AUV) e equipamentos de engenharia naval também foram rapidamente desenvolvidos, e o fornecimento de informações precisas e eficaz desempenho do equipamento apoiará fortemente o desenvolvimento de vários transdutores. A intensidade da subaquática irradiava fonte de som é um parâmetro importante de subaquática equipamento acústico quando está trabalhando, e ela está relacionada com o seu próprio desempenho e segurança. Atualmente, para o teste de fontes de ruído submarino, Na maioria dos casos, a posição da fonte de ruído pode ser bem localizado e identificado, mas é difícil medir com precisão a intensidade do som alvo source.If o nível de som irradiado do ruído fonte pode ser medido ou avaliado com precisão, ele pode fornecer orientações para o desenvolvimento de equipamentos ou estimativa de desempenho, e estendê-lo para debaixo d'água avaliação navigation.The do nível de ruído subaquático de metas, como viajar veículos ou navios de superfície irá fornecer uma avaliação eficaz do seu nível de ruído ou o efeito de medidas de tratamento acústico. Em um ambiente de água superficial, o som reflectido a partir da interface e outras fontes de som de interferência de fundo vai afectar a alvo subaquático teste de campo de som irradiado. Se o som directo do alvo pode ser separado do som de interferência através de um algoritmo específico, a fonte de som pode ser estimada com precisão informação, o método de matriz de resposta de frequcia inversa (Função de resposta na frequcia inversa, IFRF) Como um algoritmo de transformação espacial, que tem um alta precisão de terra, e pode ser utilizado para identificar fontes de som e visualizar o campo de som de estruturas complexas, e não é limitada pelo sistema acústico, que é um método de ensaio prática do método IFRF no campo próximo de imagiologia fonte de som em forma de ar .Com análise teórica mais detalhada, os estudiosos de vários países também têm, sucessivamente, estudou e desenvolveu a teoria no tempo posterior. Mas tem havido masters.It pesquisa deve ser concentrada no ambiente de sala anecóica do ar e tem alcançado bons resultados. Se o método pode ser introduzido no ambiente real de água superficial, pode ser usado para testar e avaliar a potência de emissão da fonte de som vibração irão melhorar significativamente o problema da falta de exactidão do som alvo de teste intensidade de fonte num ambiente de água superficial. Tendo em vista os problemas acima, o presente documento tem como fonte de som monopolo o objecto de investigação, e sob o pressuposto de onda esférica, a função de transferência do canal é modelado como multi-virtual de origem radiation.The superposição vector de propagação do som de rádio, o método IFRF é usado para inverter o valor do nível de fonte de som alvo irradiado, e os fatores que afetam a precisão da estimativa do nível da fonte de som são evaluated.Reasoning análise e análise de simulação relacionada com base no modelo de campo de som estabelecida, os resultados mostram que o método estima o fonte de som irradiada pelo subaquática transdutor acústico Nível é viável e tem um alto grau de precisão.

1.1 Método da matriz de resposta de frequência inversa

A função de resposta de freqüência estabelece a relação entre a pressão sonora de medição ambiental real e a fonte de som alvo. A matriz de função pode ser medida diretamente medida. O modelo numérico é calculado e o campo de som é medido pela matriz de hidrofone para obter a matriz de função de resposta de freqüência e a pressão sonora complexa do campo de som. Cálculo, a intensidade do A fonte de som pode ser estimada a partir da medição do campo de som. Considerando o caso de uma fonte de som único, a conexão do elemento piezo na matriz de som. O sinal de transdutor de recepção é o sinal de emissão de fonte de som e a função de resposta do canal acústico subaquático, onde Q (HS, T) é a profundidade da fonte de som no HS, e P (HM, T) é a profundidade. O sinal de domínio do tempo recebido no ponto de medição HM, H (HS, HM) é a função de resposta do canal acústico da fonte de som para o ponto de recepção. Para facilitar a análise, optamos por analisar a relação de propagação sonora no domínio de frequência e usar uma matriz para representar o sinal de aquisição de matriz ideal e som.

A relação entre as fontes, p é o vetor de pressão sonora complexo M × 1 ordem, q é o vetor de intensidade de fonte de som (incluindo a fonte imaginária), h é a complexa matriz de resposta de frequência, onde o termo Hi, J é relacionado ao I-Th Sound Source para a fonte de som i-th. Função de transferência acústica entre os elementos J. Na medida real, a interferência de ruído ou as suposições condicionais trarão certos erros. Portanto, o vetor E precisa ser adicionado à pressão sonora de medição ideal. O vector E representa o desvio entre o valor sonoro medido e o valor ideal de pressão sonora P. Para tornar os dois para alcançar o \"melhor correspondência \", o método tradicional é usar o método dos mínimos quadrados. Defina uma função de custo: é fácil provar que a intensidade da fonte de som quando o valor mínimo da equação é obtida é a melhor solução estimada.

1.2 Análise de erro.

Através da análise de erros, a origem do erro de estimativa pode ser encontrada e pode fornecer orientação básica para o trabalho real de medição para reduzir o erro. Sem perda de generalidade. No presente caso, realizamos uma análise aprofundada da intensidade estimada da fonte de som calculada na seção e considerando o uso de uma propriedade útil da matriz 2-norma, isto é, para as matrizes A e B. O número de condição da matriz está relacionado ao estado da matriz. Quando a condição é muito grande, a matriz está em estado mal condicionado, e a estimativa alvo será dada neste momento. O número de condição de matriz é definido.

2 simulação e discussão

À medida que o ambiente de campo de som real é complexo e mutável, diferentes fatores afetarão o desempenho do método em certa medida. Para verificar se o método IFRF.O é usado para estimar a precisão e a aplicabilidade da intensidade da fonte de som. O objetivo é estimar a intensidade da fonte de som irradiada pela fonte de som de monopole, e o software Matlab é usado.Para analisar o efeito do método IFRF em um ambiente barulhento, para quantificar o erro entre o valor estimado e o Valor Real, o erro quadrado médio raiz é selecionado para representar o desempenho em uma ampla faixa de frequência.

O ambiente de simulação é um ambiente de água superficial uniforme com um fundo plano, uma profundidade de água de 60m, e a profundidade da fonte de som é definida para 10m, usando 33 yuans igualmente espaçadas verticais. A matriz linear é usada para medição, o espaçamento do elemento é 1M , o centro da matriz base é a uma profundidade de 22m, e o sinal é um sinal contínuo de frequência única na faixa de 100Hz ~ 10kHztransdutor acústico subaquático esférico. A fim de simular a influência da interferência de ruído no sinal de teste real, o ruído branco gaussiano é adicionado ao sinal de pressão sonora obtido pelo cálculo de simulação. Portanto, a relação entre a diferença entre o valor estimado da intensidade da fonte de som e o verdadeiro valor com frequência e nível de ruído é mostrado na Figura 1.

Para destacar as características de alteração da curva, a curva de alteração de erro correspondente à relação sinal-ruído de 3DB e 10dB é mostrada na Figura 2, tabela o valor da raiz-média do erro de estimação do som Intensidade da fonte na faixa de freqüência correspondente de algumas taxas de sinal para ruído.

A partir dos resultados da Figura 1 e da Figura 2, pode-se ser visto que na faixa de frequência de 100Hz ~ 10kHzTransdutor de hidrofone esférico, o erro de estimativa de intensidade de fonte de som varia irregularmente com a frequência. Quando a relação sinal-ruído é baixa, o erro em alguns pontos de frequência excede o valor de referência predefinido 3DB, com a melhoria da relação sinal-ruído, esta situação foi significativamente enfraquecida, e a curva de erro geral tende a ser estábulo. Combinado com a análise de dados estatísticos na Tabela 1, o erro geral na faixa de freqüência é gradualmente reduzido e estabilizado com o aumento da relação sinal-ruído, e ainda tem uma maior precisão em uma taxa de sinal para ruído menor. , indicando a eficácia do método IFRF. Sexo e precisão.

(2) a influência da distância horizontal na estimativa do nível de fonte de som

Devido à expansão das ondas sonoras com o aumento da distância, a magnitude do sinal sonoro em diferentes distâncias horizontais na mesma profundidade é diferente. Para analisar a influência da matriz de medição em diferentes distâncias horizontais sobre a precisão do nível de fonte de som estimado pelo método IFRF, presume-se que cada uma a relação sinal-ruído do sinal de medição na distância horizontal é a mesmo. De acordo com a análise do texto, a relação sinal-ruído é selecionada como 10dB para analisar as condições de teste correspondentes de diferentes distâncias de teste. A Figura 3 lista os resultados de simulação correspondentes para algumas distâncias. O valor quadrado médio da raiz do erro de estimação do nível de fonte de som na faixa de freqüência correspondente.

Comparando e analisando os resultados da simulação na Figura 3, pode ser visto que tem características semelhantes às mudanças de ruído. À medida que a distância de teste horizontal aumenta, a curva de erro de estimativa do nível de fonte de som geral flutua mais agudamente, e haverá mais erros nas freqüências. Excedendo o valor de referência predeterminado 3DB. Combinando os dados estatísticos na Figura 4, pode-se ver que o desvio de inversão dentro da faixa de frequência aumenta gradualmente à medida que a distância de teste aumenta. Analisando esta mudança de tendência, o desvio geral é menor que 1dB ou ainda menor a uma distância de cerca de 200 m. Considerando que o sinal acústico real tem atenuação de propagação e interferência de ruído ambiental, no teste real, a posição horizontal de teste é controlada a 100 metros da meta, que pode melhorar a validade e precisão dos resultados do teste.

3 Conclusão.

Este artigo propõe um método para estimar a intensidade da fonte de som de transdutores acústicos subaquáticos em águas rasas com base no método de matriz de respostas de freqüência inversa. A viabilidade e precisão do método são analisados ​​e verificados a partir da perspectiva da teoria e da simulação. O artigo primeiro deriva e descreve o princípio do método IFRF; e analisa a causa do erro na estimativa de intensidade da fonte de som da derivação teórica. Comparando com o método tradicional de atenuação de atenuação de ondas esféricas e método de formação de feixe, a função de resposta inversa de freqüência leva o sinal refletido de cada superfície de limite como uma entrada efetiva, e também leva em conta a influência do canal acústico e a flutuação do campo de som. A análise de simulação mostra que o método proponente tem um bom desempenho na estimativa do nível de fonte de som alvo em águas rasas. Este método é adequado para o caso de mares rasos com perfil constante de velocidade sonora, e para hidrologia complexa ou a situação da medição de sinal de banda larga precisa de mais estudos.