Ацэнка ўзроўню крыніцы гуку падводнага акустычнага пераўтваральніка на плыткаводдзе

Для вырашэння праблемы нізкай дакладнасці ацэнкі ўзроўню вібрацыі і шуму падводнага акустычнага абсталявання на плыткаводдзе прапануецца метад ацэнкі ўзроўню крыніцы гуку, заснаваны на акустычнай функцыі зваротнай частотнай характарыстыкі (IFRF). Гэты метад прадстаўляе функцыю шматканальнай перадачы як інтэрферэнцыю паміж крыніцай гуку і яе шматпарадкавай віртуальнай крыніцай. Матрыца перадачы будуе ўзаемасувязь паміж комплекснымі сіламі крыніцы, комплекснымі ціскамі ў кропках вымярэння і акустычным каналам. Крыніца моцныя бакі падводны акустычны пераўтваральнік можа быць дакладна ацэнены з дапамогай вымярэння выпраменьванага акустычнага поля на аснове інверсіі матрыцы перадачы. Уводзіцца асноўны прынцып метаду IFRF і аналізуюцца фактары, якія ўплываюць на памылкі ацэнкі магутнасці крыніцы, уключаючы памылкі ацэнкі падводнага акустычнага канала, памылкі вымярэння гукавога ціску і ўмовы матрыцы перадачы. Прадстаўлены вынікі аналізу лікавага мадэлявання, якія паказваюць, што прапанаваны метад з'яўляецца магчымым і мае добрую прадукцыйнасць пры ацэнцы ўзроўню крыніцы гуку падводнага акустычнага пераўтваральніка.

 

З прапановай і рэалізацыяй нацыянальнай марской энергетычнай стратэгіі вялікая ўвага надаецца развіццю марскога флоту цыліндрычны падводны пераўтваральнік , ахова навакольнага асяроддзя, навуковыя даследаванні і абарона правоў. Падводнае акустычнае абсталяванне і беспілотныя падводныя апараты (UUV, UUV, AUV) і марское інжынернае абсталяванне таксама хутка развіваюцца, і прадастаўленне дакладнай і эфектыўнай інфармацыі аб прадукцыйнасці абсталявання будзе моцна падтрымліваць распрацоўку розных пераўтваральнікаў. Інтэнсіўнасць падводнай крыніцы гуку з'яўляецца важным параметрам падводнага акустычнага абсталявання, калі яно працуе, і гэта звязана з яго ўласнымі характарыстыкамі і бяспекай. У цяперашні час для тэсціравання падводных крыніц шуму ў большасці выпадкаў месцазнаходжанне крыніцы шуму можна дакладна вызначыць і вызначыць, але цяжка дакладна вымераць інтэнсіўнасць мэтавай крыніцы гуку. Калі можна дакладна вымераць або ацаніць узровень выпраменьванага гуку ад крыніцы шуму, гэта можа даць рэкамендацыі па распрацоўцы абсталявання або ацэнцы прадукцыйнасці і распаўсюдзіць яго на падводную навігацыю. Ацэнка ўзроўню падводнага шуму такіх мэтаў, як падарожжа транспартныя сродкі або надводныя караблі забяспечаць эфектыўную ацэнку іх узроўню шуму або эфекту акустычнай апрацоўкі. У плыткаводдзе гук, адлюстраваны ад інтэрфейсу і іншых крыніц фонавых перашкод, будзе ўплываць на мэтавае выпрабаванне падводнага гукавога поля. Калі прамой гук мэты можа быць аддзелены ад гуку перашкоды з дапамогай пэўнага алгарытму, крыніца гуку можа быць дакладна ацэненая Інфармацыя, метад зваротнай частотнай характарыстыкі матрыцы (функцыя зваротнай частотнай характарыстыкі, IFRF) Як алгарытм прасторавага пераўтварэння, ён мае высокую дакладнасць грунтоўкі і можа выкарыстоўвацца для ідэнтыфікацыі крыніц гуку і візуалізацыі гукавога поля складаных структур, і не абмяжоўваецца акустычнай сістэмай, якая гэта практычны метад тэставання метаду IFRF пры візуалізацыі крыніцы гуку блізкага поля ў паветраным асяроддзі. З больш дэталёвым тэарэтычным аналізам навукоўцы з розных краін таксама паслядоўна вывучалі і развівалі тэорыю ў наступны час. Але былі даследаванні masters.It павінен быць сканцэнтраваны ў паветры безэховой асяроддзі памяшкання і дасягнуў добрых вынікаў. Калі гэты метад можна прымяніць у рэальным плыткаводным асяроддзі, яго можна выкарыстоўваць для тэсціравання і ацэнкі інтэнсіўнасці выпраменьвання крыніцы вібрацыйнага гуку, што значна вырашыць праблему нізкай дакладнасці тэсту інтэнсіўнасці мэтавай крыніцы гуку ў плыткаводным асяроддзі. У сувязі з вышэйпералічанымі праблемамі ў якасці аб'екта даследавання ў гэтым артыкуле бярэцца манапольная крыніца гуку, а ў дапушчэнні сферычнай хвалі функцыя перадачы канала мадэлюецца як мультывіртуальная крыніца радыяцыя. Вектарная суперпазіцыя распаўсюджвання радыёгуку, метад IFRF выкарыстоўваецца для інвертавання мэтавага значэння ўзроўню выпраменьванага гуку крыніцы, а таксама ацэнены фактары, якія ўплываюць на дакладнасць ацэнкі ўзроўню крыніцы гуку. Аналіз разважанняў і адпаведны аналіз мадэлявання на аснове створанай мадэлі гукавога поля, вынікі паказваюць, што метад ацэньвае крыніцу гуку, выпраменьванага падводным акустычным пераўтваральнікам. Узровень магчымы і мае высокую ступень дакладнасць.

1.1 Метад матрыцы зваротнай частотнай характарыстыкі

Функцыя частотнай характарыстыкі ўстанаўлівае ўзаемасувязь паміж фактычным гукавым ціскам у навакольным асяроддзі і мэтавай крыніцай гуку. Функцыянальную матрыцу можна непасрэдна вымераць або перадаць. Лікавая мадэль разлічваецца, а гукавое поле вымяраецца з дапамогай гідрафоннай рашоткі, каб атрымаць матрыцу частотнай характарыстыкі і комплексны гукавы ціск гукавога поля. Пасля разліку інтэнсіўнасць крыніцы гуку можна ацаніць з вымярэння гукавога поля. Разглядаючы выпадак аднакропкавай крыніцы гуку, злучэнне п'езаэлемента з гукавым масівам. Прыёмны сігнал пераўтваральніка - гэта сігнал выпраменьвання крыніцы гуку і функцыя водгуку падводнага акустычнага канала, дзе q(hs,t) - глыбіня крыніцы гуку ў hs, а p(hm,t) - глыбіня. Сігнал у часавай вобласці, атрыманы ў кропцы вымярэння hm, H(hs,hm) - гэта акустычны канал функцыя адказу ад крыніцы гуку да пункта прыёму. Для таго, каб палегчыць аналіз, мы вырашылі прааналізаваць сувязь распаўсюджвання гуку ў частотнай вобласці і выкарысталі матрыцу для прадстаўлення ідэальнага сігналу збору масіва і гуку.

 

Адносіны паміж крыніцамі, P — комплексны вектар гукавога ціску парадку M×1, Q — вектар інтэнсіўнасці крыніцы гуку (уключаючы ўяўную крыніцу), H — матрыца комплекснай частотнай характарыстыкі, дзе член Hi,j звязаны з i-й крыніцай гуку і i-й крыніцай гуку. Функцыя перадачы гуку паміж j элементамі. Пры рэальным вымярэнні шумавыя перашкоды або ўмоўныя дапушчэнні прывядуць да пэўных памылак. Такім чынам, вектар e трэба дадаць да ідэальнага вымярэння гукавога ціску. Вектар e прадстаўляе адхіленне паміж вымераным значэннем гуку і ідэальным значэннем гукавога ціску P. Для таго, каб зрабіць абодва. Каб дасягнуць 'найлепшага супадзення', традыцыйны метад заключаецца ў выкарыстанні метаду найменшых квадратаў. Вызначце функцыю кошту: Лёгка даказаць, што інтэнсіўнасць крыніцы гуку пры атрыманні мінімальнага значэння ўраўнення з'яўляецца найлепшым ацэначным рашэннем.

 

1.2 Аналіз памылак

З дапамогай аналізу памылак можна знайсці крыніцу памылкі ацэнкі, і гэта можа даць асноўныя рэкамендацыі для фактычнай работы па вымярэнні, каб паменшыць памылку. Без страты агульнасці. У гэтым выпадку мы праводзім глыбокі аналіз ацэначнай інтэнсіўнасці крыніцы гуку, разлічанай у Раздзеле і з улікам выкарыстання карыснай уласцівасці матрыцы 2-нормы, гэта значыць для матрыц A і B. Лік умовы матрыцы звязаны са станам матрыцы. Калі ўмова занадта вялікая, матрыца знаходзіцца ў дрэнна абумоўленым стане, і мэтавая ацэнка будзе дадзена ў гэты час. Прынясе вялікія памылкі. Вызначаны нумар умовы матрыцы.

 

2 Мадэляванне і абмеркаванне

Паколькі рэальнае асяроддзе гукавога поля з'яўляецца складаным і зменлівым, розныя фактары будуць у пэўнай ступені ўплываць на прадукцыйнасць метаду. Для праверкі IFRF. Метад выкарыстоўваецца для ацэнкі дакладнасці і дастасавальнасці інтэнсіўнасці крыніцы гуку. Мэта складаецца ў тым, каб ацаніць інтэнсіўнасць крыніцы гуку, выпраменьванага манапольнай крыніцай гуку, і выкарыстоўваецца праграмнае забеспячэнне MATLAB. Каб прааналізаваць уплыў метаду IFRF у шумным асяроддзі, каб колькасна вызначыць памылку паміж ацэначным значэннем і фактычным значэннем, выбіраецца сярэднеквадратычная хібнасць для адлюстравання прадукцыйнасці ў шырокім дыяпазоне частот.

 

Асяроддзе мадэлявання ўяўляе сабой аднастайнае плыткаводдзе з плоскім дном, глыбінёй вады 60 м і глыбінёй крыніцы гуку 10 м з выкарыстаннем 33 юаняў на роўнай адлегласці па вертыкалі. Для вымярэнняў выкарыстоўваецца лінейны масіў, адлегласць паміж элементамі складае 1 м, цэнтр базавага масіва знаходзіцца на глыбіні 22 м, а сігнал уяўляе сабой адначашчынны бесперапынны сігнал у дыяпазоне 100 Гц ~ 10 кГц сферычны падводны акустычны пераўтваральнік . Каб змадэляваць уплыў шумавых перашкод у рэальным тэставым сігнале, да сігналу гукавога ціску, атрыманага ў выніку мадэлявання, дадаецца белы шум Гаўса. Такім чынам, залежнасць паміж разліковым значэннем інтэнсіўнасці крыніцы гуку і сапраўдным значэннем з частатой і ўзроўнем шуму паказана на малюнку 1.

Для таго, каб вылучыць характарыстыкі змены крывой, крывая змены памылкі, якая адпавядае суадносінам сігнал/шум 3 дБ і 10 дБ, паказана на малюнку 2, табліца. Сярэднеквадратычнае значэнне памылкі ацэнкі інтэнсіўнасці крыніцы гуку ў адпаведнай паласе частот некаторых адносін сігнал/шум.

З вынікаў малюнка 1 і малюнка 2 відаць, што ў дыяпазоне частот 100 Гц ~ 10 кГц сферычны пераўтваральнік гідрафона , памылка ацэнкі інтэнсіўнасці крыніцы гуку нерэгулярна змяняецца з частатой. Калі стаўленне сігнал/шум нізкае, памылка ў некаторых кропках частаты перавышае зададзенае эталоннае значэнне ў 3 дБ. З паляпшэннем адносіны сігнал/шум гэтая сітуацыя значна аслабляецца, і агульная крывая памылак, як правіла, застаецца стабільнай. У спалучэнні са статыстычным аналізам даных у табліцы 1 агульная хібнасць у дыяпазоне частот паступова памяншаецца і стабілізуецца з павелічэннем адносіны сігнал/шум, і яна па-ранейшаму мае больш высокую дакладнасць пры меншым суадносінах сігнал/шум, што паказвае на эфектыўнасць метаду IFRF. Сэкс і акуратнасць.

 

(2) Уплыў гарызантальнай адлегласці на ацэнку ўзроўню крыніцы гуку

З-за пашырэння гукавых хваль з павелічэннем адлегласці велічыня гукавога сігналу на розных гарызантальных адлегласцях на адной і той жа глыбіні розная. Для таго каб прааналізаваць уплыў вымяральнай сеткі на розных гарызантальных адлегласцях на дакладнасць ацэнкі ўзроўню крыніцы гуку, ацэненага метадам IFRF, мяркуецца, што кожнае стаўленне сігнал/шум вымяральнага сігналу на гарызантальнай адлегласці аднолькавае. Згодна з аналізам тэксту, стаўленне сігнал/шум выбрана роўным 10 дБ для аналізу адпаведных умоў выпрабаванняў на розных дыстанцыях выпрабаванняў. На малюнку 3 пералічаны адпаведныя вынікі мадэлявання для некаторых адлегласцей. Сярэдняквадратычнае значэнне памылкі ацэнкі ўзроўню крыніцы гуку ў адпаведнай паласе частот.

 

Параўноўваючы і аналізуючы вынікі мадэлявання на малюнку 3, можна ўбачыць, што ён мае характарыстыкі, падобныя на змены шуму. Па меры павелічэння гарызантальнай выпрабавальнай адлегласці агульная крывая памылкі ацэнкі ўзроўню крыніцы гуку вагаецца больш рэзка, і будзе больш памылак на частотах. Перавышэнне загадзя вызначанага эталоннага значэння ў 3 дБ. Аб'ядноўваючы статыстычныя даныя на малюнку 4, відаць, што адхіленне інверсіі ў дыяпазоне частот паступова ўзрастае па меры павелічэння выпрабавальнай адлегласці. Аналізуючы гэтую змену тэндэнцыі, агульнае адхіленне складае менш за 1 дБ або нават ніжэй на адлегласці каля 200 м. Улічваючы, што фактычны акустычны сігнал мае згасанне пры распаўсюджванні і шум навакольнага асяроддзя, у рэальным тэсце тэставае гарызантальнае становішча кантралюецца ў межах 100 м ад мэты, што можа павысіць абгрунтаванасць і дакладнасць вынікаў тэсту.

 

3 Заключэнне

У гэтым артыкуле прапануецца метад ацэнкі інтэнсіўнасці крыніцы гуку падводных акустычных пераўтваральнікаў на плыткаводдзе на аснове матрычнага метаду зваротнай частотнай характарыстыкі. Магчымасць і дакладнасць метаду аналізуюцца і правяраюцца з пункту гледжання тэорыі і мадэлявання. У артыкуле спачатку выводзіцца і апісваецца прынцып метаду IFRF; і аналізуе прычыну памылкі ў ацэнцы інтэнсіўнасці крыніцы гуку з тэарэтычнага вываду. У параўнанні з традыцыйным метадам згасання сферычнай хвалі і метадам фарміравання прамяня, функцыя зваротнай частотнай характарыстыкі прымае адлюстраваны сігнал ад кожнай памежнай паверхні ў якасці эфектыўнага ўваходу, а таксама ўлічвае ўплыў акустычнага канала і ваганні гукавога поля. Аналіз мадэлявання паказвае, што прапанаваны метад мае добрыя характарыстыкі ў ацэнцы мэтавага ўзроўню крыніцы гуку на плыткаводдзе. Гэты метад падыходзіць для выпадку неглыбокіх мораў з пастаянным профілем хуткасці гуку, а таксама для складанай гідралогіі або Сітуацыя з вымярэннем шырокапалоснага сігналу патрабуе далейшага вывучэння.