水下運動聲源定位及復(fù)雜噪聲源分離量化方法研究.pdf

1、噪聲源定位和分離量化技術(shù)不僅是檢驗、評判水下大型機械結(jié)構(gòu)噪聲控制水平及其聲學(xué)特性的主要手段，而且也是減振降噪工作的基礎(chǔ)，可以有效的指導(dǎo)減振降噪工作的實施，為研制聲學(xué)隱蔽性能較高的水下大型結(jié)構(gòu)提供堅實的技術(shù)支撐。在含有多個噪聲源的結(jié)構(gòu)體中，如果某個噪聲源的能量遠(yuǎn)大于其它聲源，那么它的大小對總體噪聲水平的影響是十分顯著的。因此針對貢獻(xiàn)較大的噪聲源進(jìn)行減振降噪處理會得到事半功倍的效果。為了有效的研究和降低水下大型結(jié)構(gòu)的輻射噪聲，首先要確定噪聲

2、源的位置、貢獻(xiàn)量大小等因素，然后有針對性的采取降噪措施。因此，對水下大型機械結(jié)構(gòu)噪聲源定位、識別、分離和量化的研究具有十分重要的意義。
　　本文以水下低速航行的大型結(jié)構(gòu)為背景，針對運動的相干和非相干聲源定位方法、復(fù)雜系統(tǒng)中相干和非相干聲源的分離和量化方法進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和試驗研究。
　　首先，以通過特性測量系統(tǒng)為模型，針對利用單矢量水聽器和雙矢量水聽器的運動聲源定位方法展開研究。文中介紹了幾種基于單矢量水聽器的定位方法，并對

3、其定位性能進(jìn)行分析。為提高原有方法的定位精度并克服單矢量水聽器無法定位相干聲源的問題，文中提出了一種利用單矢量水聽器虛擬陣列的運動聲源定位方法，分析了虛擬陣元數(shù)、信噪比等因素對定位結(jié)果的影響。同時本文提出一種基于雙矢量水聽器相關(guān)函數(shù)的運動聲源定位方法，分析其定位性能隨頻率、陣元間距等因素的變化規(guī)律，并結(jié)合虛擬陣元方法對雙矢量水聽器定位方法進(jìn)行優(yōu)化。
　　之后在分析聲源識別方法的基礎(chǔ)上，針對機械結(jié)構(gòu)中振動噪聲源間存在相互影響的復(fù)雜系

4、統(tǒng)展開研究。分析了偏相干方法和特征值法的適用范圍，并提出了一種利用互譜倒譜識別振動噪聲源的方法。該方法以聲源間的因果關(guān)系為依據(jù)，通過分析系統(tǒng)的傳遞時延確定聲源間的關(guān)系，從而達(dá)到噪聲源識別的目的。文中通過理論推導(dǎo)及仿真分析，說明了倒譜法對識別非相干聲源和相干聲源的有效性。
　　文中以振動噪聲源間存在相互影響的混合系統(tǒng)為背景，分析了將盲源分離方法應(yīng)用于噪聲源分離工作中的可行性。針對盲源分離算法中的幅值不確定性和排序不確定性，結(jié)合混合系

5、統(tǒng)的特點，提出一種具有約束條件的快速獨立分量算法。該算法可完成混合系統(tǒng)中的噪聲源分離。通過仿真分析，分別驗證了對瞬時混合系統(tǒng)中非相干聲源的分離、瞬時混合系統(tǒng)中相干聲源的分離、卷積混合系統(tǒng)中非相干聲源的分離和卷積混合系統(tǒng)中相干聲源的分離。
　　本文結(jié)合噪聲源分離結(jié)果的特點，提出一種基于偏相干輸出譜的層次分析方法。文中將噪聲源量化問題轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥齻€梯度的層次結(jié)構(gòu)，針對各層次分別量化，并最終實現(xiàn)將噪聲源的重要程度轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)形式的量化結(jié)果

6、。提出了在構(gòu)建判斷矩陣過程中以偏相干輸出譜為依據(jù)的賦值規(guī)則，并通過仿真計算說明該方法量化相干噪聲源的可行性。
　　最后對水下運動聲源定位方法和復(fù)雜噪聲源分離量化方法進(jìn)行了試驗研究。對單矢量水聽器虛擬陣列方法定位運動聲源和雙矢量水聽器定位運動聲源進(jìn)行了測試并分析其定位性能；利用艙段模型對帶有約束條件的快速獨立分量算法和基于偏相干輸出譜的層次分析方法進(jìn)行測試，分析其分離、量化噪聲源的性能。測試結(jié)果與理論結(jié)果基本一致，驗證了理論分析的正