Beraming van klankbronvlak van akoestiese onderwateromskakelaar in vlak water

’n Klankbronvlakberamingsmetode gebaseer op die akoestiese inverse frekwensieresponsfunksie (IFRF) word voorgestel om die probleem van swak akkuraatheid van die assessering van die vibrasie- en geraasvlak van onderwater akoestiese toerusting in vlak water op te los. Hierdie metode verteenwoordig die multi-kanaal transmissie funksie as die interferensie superposisie van die klank bron en sy multi-orde virtuele bron. Die oordragmatriks bou die verhouding tussen die komplekse bronsterktes, die komplekse drukke by meetpunte en die akoestiese kanaal. Die bron sterkpunte van onderwater akoestiese transducer kan akkuraat geskat word uit die uitgestraalde akoestiese veldmeting gebaseer op die inversie van oordragmatriks. Die basiese beginsel van die IFRF-metode word bekendgestel, en die beïnvloedende faktore van bronsterkteberamingsfoute word ontleed, insluitend die onderwater akoestiese kanaalberamingsfoute, klankdrukmetingsfoute en die toestande van die oordragmatriks. Die resultate van numeriese simulasie-analise word aangebied, wat aandui dat die voorgestelde metode uitvoerbaar is en goeie prestasie het in die skatting van die klankbronvlak van onderwater akoestiese transducer.

 

Met die voorstel en implementering van die nasionale maritieme kragstrategie is groot aandag aan die ontwikkeling van mariene gegee silinderiese onderwater-omskakelaar , ekologiese beskerming, wetenskaplike navorsing en regtebeskerming. Die akoestiese onderwatertoerusting en onbemande onderwatervoertuie (UUV, UUV, AUV) en mariene ingenieurstoerusting is ook vinnig ontwikkel, en die verskaffing van akkurate en doeltreffende inligting oor toerustingprestasie sal die ontwikkeling van verskeie omskakelaars sterk ondersteun. Die intensiteit van onderwater uitgestraalde klankbron is 'n belangrike parameter van onderwater akoestiese toerusting wanneer dit werk, en dit hou verband met sy eie werkverrigting en veiligheid. Tans, vir die toetsing van onderwatergeraasbronne,In die meeste gevalle kan die posisie van die geraasbron goed geleë en geïdentifiseer word, maar dit is moeilik om die intensiteit van die teikenklankbron akkuraat te meet. As die uitgestraalde klankvlak van die geraasbron akkuraat gemeet of geëvalueer kan word, kan dit leiding verskaf vir toerustingontwikkeling of prestasieskatting van die teiken van navigasie, en dit uitbrei na onderwatervlak van navigasie. reisende voertuie of oppervlakskepe sal effektiewe evaluering van hul geraasvlak of die effek van akoestiese behandelingsmaatreëls verskaf. In 'n vlak water-omgewing sal die gereflekteerde klank vanaf die koppelvlak en ander agtergrondinterferensie-klankbronne die teikenonderwater-uitgestraalde klankveldtoets beïnvloed. Indien die direkte klank van die teiken deur 'n spesifieke algoritme van die interferensieklank geskei kan word, kan die klankbron akkuraat beraam word. Inligting, inverse frekwensierespons matriksmetode (Inverse Frequency Response Function, IFRF) As 'n ruimtelike transformasie-algoritme het dit 'n hoë grondakkuraatheid, en kan gebruik word om klankbronne te identifiseer deur 'n beperkte struktuur en die klankveld te visualiseer, en die klankveld is nie prakties nie, toetsmetode van die IFRF-metode in naby-veld klankbronbeelding in lugmedium.Met meer gedetailleerde teoretiese analise het geleerdes van verskeie lande ook agtereenvolgens die teorie bestudeer en ontwikkel in die daaropvolgende tyd. Maar daar was navorsingsmeesters. Dit moet gekonsentreer wees in die luganechoiese kameromgewing en het goeie resultate behaal. As die metode in die werklike vlakwater-omgewing ingevoer kan word, kan dit gebruik word vir die toets en evaluasie van die stralingsintensiteit van die vibrasieklankbron, sal die probleem van swak akkuraatheid van die teikenklankbronintensiteitstoets in 'n vlakwater-omgewing aansienlik verbeter. In die lig van die bogenoemde probleme, neem hierdie vraestel monopoolklankbron as die navorsingsobjek, en onder die aanname van die kanaaloordrag funksie is die sferiese golfvirtuele kanaal-oordrag funksie. superposisie van radioklankvoortplanting, die IFRF-metode word gebruik om die teiken uitgestraalde klankbronvlakwaarde om te keer, en die faktore wat die akkuraatheid van klankbronvlakberaming beïnvloed, word geëvalueer. Redeneringsanalise, en verwante simulasie-analise gebaseer op die gevestigde klankveldmodel, die resultate toon dat die metode skat die klankbron wat uitgestraal word deur die onderwater akoestiese transducer Vlak 'n hoë graad van akkuraatheid het.

1.1 Inverse frekwensierespons matriksmetode

Die frekwensieresponsfunksie stel die verband tussen die werklike omgewingsmetingklankdruk en die teikenklankbron vas. Die funksiematriks kan direk gemeet of geslaag word.Die numeriese model word bereken, en die klankveld word deur die hidrofoonskikking gemeet om die frekwensieresponsfunksiematriks en die komplekse klankdruk van die klankveld te verkry.Na berekening kan die intensiteit van die klankbron geskat word uit die klankveldmeting. Met inagneming van die geval van 'n enkelpuntklankbron, die verbinding van die piëzo-element op die klankskikking. Die ontvangstransduktorsein is die klankbronuitstraalsein en die onderwater akoestiese kanaalresponsfunksie, waar q(hs,t) die diepte van die klankbron by hs is, en p(hm,t) die diepte is wat ontvang word by die tydsdomein,(hmas,)hs. die akoestiese kanaalresponsfunksie vanaf die klankbron na die ontvangspunt.Om die analise te vergemaklik, kies ons om die klankvoortplantingsverhouding in die frekwensiedomein te ontleed, en 'n matriks te gebruik om die ideale skikking-verkrygingsein en klank voor te stel.

 

Die verwantskap tussen die bronne, P is die M×1 orde komplekse klankdrukvektor, Q is die klankbronintensiteitsvektor (insluitend die denkbeeldige bron), H is die komplekse frekwensieresponsmatriks, waar die term Hi,j verband hou met die i-de klankbron met die i-de klankbron. Akoestiese oordragfunksie tussen j elemente. In die werklike meting sal geraasinterferensie of voorwaardelike aannames sekere foute meebring. Daarom moet vektor e by die ideale meetklankdruk gevoeg word. Die vektor e verteenwoordig die afwyking tussen die gemete klankwaarde en die ideale klankdrukwaarde P. Ten einde beide te maak Om die 'beste passing' te bereik, is die tradisionele metode om die kleinste-kwadrate-metode te gebruik. Definieer 'n kostefunksie: Dit is maklik om te bewys dat die klankbronintensiteit wanneer die minimum waarde van vergelyking verkry word, die beste beraamde oplossing is.

 

1.2 Foutanalise

Deur foutanalise kan die bron van die skattingsfout gevind word, en dit kan basiese leiding gee vir die werklike metingswerk om die fout te verminder. Sonder verlies aan algemeenheid .In hierdie geval doen ons 'n in-diepte analise van die beraamde klankbronintensiteit bereken in Afdeling en met inagneming van die gebruik van 'n nuttige eienskap van die matriks 2-norm, dit wil sê vir die matrikse A en B. Die toestandnommer van die matriks is verwant aan die toestand van die matriks. Wanneer die toestand te groot is, is die matriks in 'n swak gekondisioneerde toestand, en die teikenskatting sal op hierdie tydstip gegee word. Bring groot foute. Die matriksvoorwaardenommer word gedefinieer.

 

2 Simulasie en bespreking

Aangesien die werklike klankveldomgewing kompleks en veranderlik is, sal verskillende faktore die werkverrigting van die metode tot 'n sekere mate beïnvloed. Ten einde die IFRF te verifieer. Die metode word gebruik om die akkuraatheid en toepaslikheid van die klankbronintensiteit te skat. Die doelwit is om die intensiteit van die klankbron wat deur die monopool klankbron uitgestraal word te skat, en die MATLAB sagteware word gebruik. Om die effek van die IFRF metode in 'n raserige omgewing te ontleed, ten einde die fout tussen die beraamde waarde en die werklike waarde te kwantifiseer, word die wortel gemiddelde kwadraat fout gekies om die prestasie in 'n wye frekwensieband voor te stel.

 

Die simulasie-omgewing is 'n eenvormige vlakwater-omgewing met 'n plat bodem, 'n waterdiepte van 60m, en die klankbrondiepte is op 10m gestel, met 33 yuan eweredig gespasieerde vertikale gebruik. Die lineêre skikking word gebruik vir meting, die elementspasiëring is 1m, die middel van die basisskikking is op 'n diepte van 22m, die seinfrekwensie is 'n enkel- en seinfrekwensie 100Hz~10kHz sferiese onderwater akoestiese transducer . Om die invloed van geraasinterferensie in die werklike toetssein te simuleer, word Gaussiese wit geraas by die klankdruksein gevoeg wat deur die simulasieberekening verkry word. Daarom word die verband tussen die verskil tussen die beraamde waarde van die klankbronintensiteit en die ware waarde met frekwensie en geraasvlak in Figuur 1 getoon.

Om die veranderingskenmerke van die kromme uit te lig, word die foutveranderingskromme wat ooreenstem met die sein-tot-geraas-verhouding van 3dB, en 10dB getoon in Figuur 2, Tabel Die wortel-gemiddelde-kwadraatwaarde van die skattingsfout van die klankbronintensiteit in die ooreenstemmende frekwensieband van sommige sein-tot-geraas-verhoudings.

Uit die resultate van Figuur 1 en Figuur 2 kan gesien word dat in die frekwensiegebied van 100Hz~10kHz sferiese hidrofoon-omskakelaar , die klankbron-intensiteitskattingsfout wissel onreëlmatig met die frekwensie. Wanneer die sein-tot-geraas-verhouding laag is, oorskry die fout by sommige frekwensiepunte 3dB voorafbepaalde verwysingswaarde, met die verbetering van die sein-tot-geraas-verhouding, is hierdie situasie aansienlik verswak, en die algehele foutkurwe is geneig om stabiel te wees. Gekombineer met die statistiese data-analise in Tabel 1, word die algehele fout in die frekwensieband geleidelik verminder en gestabiliseer met die toename van die sein-tot-geraas-verhouding, en dit het steeds 'n hoër akkuraatheid by 'n laer sein-tot-geraas-verhouding, wat die doeltreffendheid van die IFRF-metode aandui. Seks en akkuraatheid.

 

(2) Die invloed van horisontale afstand op klankbronvlakskatting

As gevolg van die uitbreiding van klankgolwe met die toename van afstand, is die grootte van die klanksein op verskillende horisontale afstande op dieselfde diepte verskillend. Ten einde die invloed van die metingsskikking by verskillende horisontale afstande op die akkuraatheid van die klankbronvlak wat deur die IFRF-metode beraam is, te ontleed, word aanvaar dat elke Die sein-tot-ruisverhouding van die meetsein by die horisontale afstand dieselfde is. Volgens die ontleding van die teks word die sein-tot-geraas-verhouding gekies as 10dB om die ooreenstemmende toetstoestande van verskillende toetsafstande te ontleed. Figuur 3 lys die ooreenstemmende simulasieresultate vir sommige afstande. Die gemiddelde kwadraatwaarde van die skattingsfout van die klankbronvlak in die ooreenstemmende frekwensieband.

 

Deur die simulasieresultate in Figuur 3 te vergelyk en te ontleed, kan gesien word dat dit soortgelyke eienskappe as geraasveranderinge het. Soos die horisontale toetsafstand toeneem, fluktueer die algehele klankbronvlakberamingsfoutkurwe skerper, en daar sal meer foute by frekwensies wees. Oorskry die 3dB voorafbepaalde verwysingswaarde. Deur die statistiese data in Figuur 4 te kombineer, kan gesien word dat die inversieafwyking binne die frekwensieband geleidelik styg soos die toetsafstand toeneem. Deur hierdie tendensverandering te ontleed, is die algehele afwyking minder as 1dB of selfs laer binne 'n afstand van ongeveer 200m. As in ag geneem word dat die werklike akoestiese sein voortplantingsdemping en omgewingsgeraasinterferensie het, word die toets horisontale posisie in die werklike toets binne 100m van die teiken beheer, wat die geldigheid en akkuraatheid van die toetsresultate kan verbeter.

 

3 Gevolgtrekking

Hierdie vraestel stel 'n metode voor om die klankbronintensiteit van onderwater akoestiese transduktors in vlak water te skat gebaseer op die inverse frekwensierespons matriksmetode. Die uitvoerbaarheid en akkuraatheid van die metode word ontleed en geverifieer vanuit die perspektief van teorie en simulasie. Die artikel lei eers die beginsel van die IFRF-metode af en beskryf dit; en ontleed die oorsaak van die fout in die klankbronintensiteitskatting uit die teoretiese afleiding. In vergelyking met die tradisionele sferiese golfdempingsmetode en bundelvormingsmetode, neem die inverse frekwensieresponsfunksie die gereflekteerde sein vanaf elke grensoppervlak as 'n effektiewe inset, en neem ook die invloed van die akoestiese kanaal en die fluktuasie van die klankveld in ag. Die simulasie-analise toon dat die voorgestelde metode goeie prestasie het in die skatting van teikenklankbronvlak in vlak water. Hierdie metode is geskik vir die geval van vlak see met konstante klanksnelheidsprofiel, en vir komplekse hidrologie of Die situasie van breëband seinmeting moet verder bestudeer word.