Vedenalaisen akustisen anturin äänilähteen tason arviointi matalassa vedessä

Vedenalaisten akustisten laitteiden värähtely- ja melutason arvioinnin huonon tarkkuuden ongelman ratkaisemiseksi matalissa vesissä ehdotetaan akustiseen käänteiseen taajuusvastefunktioon (IFRF) perustuvaa äänilähdetason estimointimenetelmää. Tämä menetelmä edustaa monikanavaista lähetystoimintoa äänilähteen ja sen monivaiheisen virtuaalilähteen häiriösuperpositiona. Siirtomatriisi rakentaa suhteen kompleksisten lähteiden vahvuuksien, mittauspisteiden kompleksisten paineiden ja akustisen kanavan välille. Lähteen vahvuudet vedenalainen akustinen anturi voidaan arvioida tarkasti säteilevän akustisen kentän mittauksesta siirtomatriisin inversion perusteella. Esitellään IFRF-menetelmän perusperiaate ja analysoidaan lähteiden voimakkuuden arviointivirheiden vaikuttavia tekijöitä, mukaan lukien vedenalaisen akustisen kanavan estimointivirheet, äänenpaineen mittausvirheet sekä siirtomatriisin olosuhteet. Esitetään numeerisen simulaatioanalyysin tulokset, jotka osoittavat, että ehdotettu menetelmä on käyttökelpoinen ja sillä on hyvä suorituskyky vedenalaisen akustisen muuntimen äänilähdetason arvioinnissa.

 

Kansallisen merivoimastrategian ehdotuksella ja toteutuksella on kiinnitetty paljon huomiota merenkulun kehittämiseen sylinterimäinen vedenalainen anturi , ekologinen suojelu, tieteellinen tutkimus ja oikeuksien suojelu. Myös vedenalaiset akustiset laitteet ja miehittämättömät vedenalaiset ajoneuvot (UUV, UUV, AUV) ja meritekniset laitteet ovat kehittyneet nopeasti, ja tarkan ja tehokkaan laitteiden suorituskykytiedon tarjoaminen tukee vahvasti erilaisten muuntimien kehitystä. Vedenalaisen säteilevän äänilähteen voimakkuus on tärkeä vedenalaisen akustisen laitteiston toiminnassa oleva parametri, ja se liittyy sen omaan suorituskykyyn ja turvallisuuteen. Tällä hetkellä vedenalaisten melulähteiden testaamiseen,Useimmissa tapauksissa melulähteen sijainti voidaan paikantaa ja tunnistaa hyvin, mutta kohteen äänilähteen intensiteettiä on vaikea mitata tarkasti.Jos melulähteen säteilevä äänitaso voidaan mitata tai arvioida tarkasti, se voi antaa opastusta laitteiden kehittämiseen tai suorituskyvyn arviointiin, eikä ulottaa sitä esimerkiksi veden alle suuntautuvaan navigointitasoon. ajoneuvojen tai pinta-alusten avulla voidaan arvioida tehokkaasti niiden melutasoa tai akustisten käsittelytoimenpiteiden vaikutusta. Matalassa vesiympäristössä rajapinnasta ja muista taustahäiriöäänilähteistä heijastuva ääni vaikuttaa kohteen vedenalaiseen säteilevän äänikentän testiin. Jos kohteen suora ääni voidaan erottaa häiriöäänestä tietyllä algoritmilla, äänilähde voidaan arvioida tarkasti. Informaatio, käänteinen taajuusvaste matriisimenetelmä (Inverse Frequency Response Function, IFRF) Tilamuunnosalgoritmina sillä on korkea Ground-tarkkuus, ja sitä voidaan käyttää äänilähteiden tunnistamiseen ja äänikentän monimutkaiseen rakenteeseen, järjestelmän visualisointiin, joka ei ole rajallinen. on IFRF-menetelmän käytännöllinen testausmenetelmä lähikentän äänilähteiden kuvantamisessa ilmaväliaineessa. Yksityiskohtaisemman teoreettisen analyysin avulla eri maiden tutkijat ovat myös peräkkäin tutkineet ja kehittäneet teoriaa myöhemmässä vaiheessa. Mutta tutkimusmestareita on ollut. Sen on keskityttävä kaiuttomaan huoneympäristöön ja se on saavuttanut hyviä tuloksia. Jos menetelmä voidaan ottaa käyttöön varsinaiseen matalan veden ympäristöön, sitä voidaan käyttää värähtelyäänen lähteen säteilyn voimakkuuden testaamiseen ja arviointiin, mikä parantaa merkittävästi kohdeäänilähteen intensiteettitestin huonon tarkkuuden ongelmaa matalassa vesiympäristössä. Edellä mainitut ongelmat huomioon ottaen tässä artikkelissa on tutkimuskohteena monopoliäänilähde ja kanavan siirtofunktion aalto-oletuksen mukaan kanavan monivirtuaalinen aalto-oletus. säteily.Radioäänen etenemisen vektorisuperpositiota, IFRF-menetelmää käytetään invertoimaan kohdesäteilytetty äänilähteen tasoarvo sekä arvioitiin äänilähteen tason arvioinnin tarkkuuteen vaikuttavat tekijät. Päättelyanalyysi ja siihen liittyvä vakiintuneeseen äänikenttämalliin perustuva simulaatioanalyysi, tulokset osoittavat, että menetelmä estimoi vedenalaisen akustisen äänilähteen säteilemän äänilähteen korkean akustisen arvon transduktiivisuuden.

1.1 Käänteinen taajuusvastematriisimenetelmä

Taajuusvastetoiminto määrittää todellisen ympäristömittauksen äänenpaineen ja kohdeäänilähteen välisen suhteen. Toimintomatriisi voidaan mitata suoraan tai läpäistä. Numeerinen malli lasketaan ja äänikenttä mitataan hydrofonijärjestelmällä, jotta saadaan taajuusvastefunktiomatriisi ja äänikentän kompleksinen äänenpaine. Laskennan jälkeen äänikentän intensiteetti voidaan arvioida äänikenttämittauksesta. Kun otetaan huomioon yksipisteinen äänilähde, pietsoelementin kytkentä äänimatriisissa. Vastaanottava muuntimen signaali on äänilähteen emissiosignaali ja vedenalaisen akustisen kanavan vastefunktio, jossa q(hs,t) on äänilähteen syvyys kohdassa hs ja p(hm,t) on syvyys. Mittauspisteessä vastaanotettu aika-alueen signaali on äänikanavalta H(hs, mm. lähteestä vastaanottopisteeseen. Analyysin helpottamiseksi päätämme analysoida äänen etenemissuhdetta taajuusalueella ja käyttää matriisia edustamaan ihanteellista ryhmän hankintasignaalia ja ääntä.

 

Lähteiden välinen suhde, P on M×1 kertaluvun kompleksinen äänenpainevektori, Q on äänilähteen intensiteettivektori (mukaan lukien kuvitteellinen lähde), H on kompleksinen taajuusvastematriisi, jossa termi Hi,j liittyy i:nnen äänilähteen ja i:nnen äänilähteen välillä. Akustinen siirtofunktio j-elementtien välillä. Varsinaisessa mittauksessa kohinahäiriöt tai ehdolliset oletukset tuovat tiettyjä virheitä. Siksi vektori e on lisättävä ihanteelliseen mittausäänenpaineeseen. Vektori e edustaa poikkeamaa mitatun ääniarvon ja ihanteellisen äänenpainearvon P välillä. Jotta molemmat saavutettaisiin 'parhaan vastaavuuden' saavuttamiseksi, perinteinen menetelmä on käyttää pienimmän neliösumman menetelmää. Määrittele kustannusfunktio: On helppo todistaa, että äänilähteen intensiteetti, kun yhtälön minimiarvo saadaan, on paras arvioitu ratkaisu.

 

1.2 Virheanalyysi

Virheanalyysin avulla voidaan löytää estimointivirheen lähde ja se voi antaa perusohjeita varsinaiseen mittaustyöhön virheen vähentämiseksi. Yleisyyttä menettämättä. Tässä tapauksessa suoritamme perusteellisen analyysin kappaleessa lasketusta arvioidusta äänilähteen intensiteetistä ja huomioimme matriisin 2-normin hyödyllisen ominaisuuden käytön eli matriiseille A ja B. Matriisin ehtonumero liittyy matriisin tilaan. Kun ehto on liian suuri, matriisi on huonossa tilassa ja tavoiteestimaatti annetaan tässä vaiheessa. Tuo suuria virheitä. Matriisin ehdon numero on määritelty.

 

2 Simulaatio ja keskustelu

Koska todellinen äänikenttäympäristö on monimutkainen ja vaihteleva, eri tekijät vaikuttavat menetelmän suorituskykyyn jossain määrin. IFRF:n todentamiseksi. Menetelmää käytetään äänilähteen intensiteetin tarkkuuden ja sovellettavuuden arvioimiseen. Tavoitteena on arvioida monopoliäänilähteen säteilemän äänilähteen intensiteetti ja käyttää MATLAB-ohjelmistoa. IFRF-menetelmän vaikutuksen analysoimiseksi meluisassa ympäristössä, jotta arvioitu arvon ja todellisen arvon välinen virhe voidaan kvantifioida, valitaan neliökeskiarvo, joka edustaa suorituskykyä laajalla taajuuskaistalla.

 

Simulointiympäristö on yhtenäinen matalavesiympäristö, jossa on tasainen pohja, veden syvyys 60 m ja äänilähteen syvyys on asetettu 10 metriin käyttäen 33 yuania tasavälein pystysuoraan. Mittaukseen käytetään lineaarista taulukkoa, elementtien välinen etäisyys on 1 m, perustaulukon keskipiste on 22 metrin syvyydessä ja signaali on jatkuvalla signaalialueella. 100Hz ~ 10kHz pallomainen vedenalainen akustinen muunnin . Meluhäiriöiden vaikutuksen simuloimiseksi varsinaisessa testisignaalissa Gaussin valkoinen kohina lisätään simulaatiolaskennan avulla saatuun äänenpainesignaaliin. Siksi kuvassa 1 on esitetty äänilähteen intensiteetin arvioidun arvon ja todellisen arvon välisen eron suhde taajuudella ja melutasolla.

Käyrän muutosominaisuuksien korostamiseksi 3dB ja 10dB signaali-kohinasuhdetta vastaava virhemuutoskäyrä on esitetty kuvassa 2, Taulukko Äänilähteen intensiteetin estimointivirheen neliöjuuriarvo joidenkin signaali-kohinasuhteiden vastaavalla taajuuskaistalla.

Kuvan 1 ja 2 tuloksista voidaan nähdä, että taajuusalueella 100Hz~10kHz pallomainen hydrofonimuunnin , äänilähteen intensiteetin arviointivirhe vaihtelee epäsäännöllisesti taajuuden mukaan. Kun signaali-kohinasuhde on alhainen, virhe joissakin taajuuspisteissä ylittää 3 dB esiasetetun vertailuarvon, signaali-kohinasuhteen parantuessa tämä tilanne on heikentynyt merkittävästi ja yleinen virhekäyrä on yleensä vakaa. Yhdessä taulukon 1 tilastollisen data-analyysin kanssa taajuuskaistan kokonaisvirhe pienenee ja stabiloituu vähitellen signaali-kohinasuhteen kasvaessa, ja sen tarkkuus on silti suurempi pienemmällä signaali-kohinasuhteella, mikä osoittaa IFRF-menetelmän tehokkuuden. Seksiä ja tarkkuutta.

 

(2) Vaakaetäisyyden vaikutus äänilähteen tason estimointiin

Ääniaaltojen laajenemisen vuoksi etäisyyden kasvaessa äänisignaalin voimakkuus eri vaakaetäisyyksillä samalla syvyydellä on erilainen. Jotta voitaisiin analysoida eri vaakaetäisyyksillä olevan mittausryhmän vaikutusta IFRF-menetelmällä arvioituun äänilähteen tason tarkkuuteen, oletetaan, että jokainen vaakaetäisyydellä olevan mittaussignaalin signaali-kohinasuhde on sama. Tekstin analyysin mukaan signaali-kohinasuhteeksi valitaan 10dB eri testietäisyyksien vastaavien testiolosuhteiden analysoimiseksi. Kuvassa 3 on lueteltu vastaavia simulaatiotuloksia joillekin etäisyyksille. Äänilähdetason estimointivirheen neliöjuuriarvo vastaavalla taajuuskaistalla.

 

Vertailemalla ja analysoimalla kuvan 3 simulaatiotuloksia, voidaan nähdä, että sillä on samanlaiset ominaisuudet kuin melun muutoksilla. Kun vaakasuuntainen testietäisyys kasvaa, yleinen äänilähteen tason estimointivirhekäyrä vaihtelee voimakkaammin ja virheitä tulee enemmän taajuuksilla. Ennalta määrätyn 3 dB:n viitearvon ylittäminen. Yhdistämällä kuvion 4 tilastotiedot voidaan nähdä, että inversiopoikkeama taajuuskaistan sisällä kasvaa vähitellen testietäisyyden kasvaessa. Tätä trendin muutosta analysoimalla kokonaispoikkeama on alle 1 dB tai jopa pienempi noin 200 metrin etäisyydellä. Ottaen huomioon, että varsinaisessa akustisessa signaalissa on etenemisvaimennusta ja ympäristön meluhäiriöitä, varsinaisessa testissä testin vaaka-asentoa ohjataan 100 metrin etäisyydellä kohteesta, mikä voi parantaa testitulosten oikeellisuutta ja tarkkuutta.

 

3 Johtopäätös

Tässä artikkelissa ehdotetaan menetelmää vedenalaisten akustisten muuntimien äänilähteiden intensiteetin arvioimiseksi matalissa vesissä, joka perustuu käänteistaajuusvastematriisimenetelmään. Menetelmän toteutettavuus ja tarkkuus analysoidaan ja varmistetaan teorian ja simulaation näkökulmasta. Artikkelissa ensin johdetaan ja kuvataan IFRF-menetelmän periaate; ja analysoi virheen syyn äänilähteen intensiteetin arvioinnissa teoreettisesta johdosta. Perinteiseen palloaallon vaimennusmenetelmään ja säteenmuodostusmenetelmään verrattuna käänteinen taajuusvastetoiminto ottaa kunkin rajapinnan heijastuneen signaalin tehokkaaksi tuloksi ja ottaa huomioon myös akustisen kanavan vaikutuksen ja äänikentän vaihtelun. Simulaatioanalyysi osoittaa, että ehdotetulla menetelmällä on hyvä suorituskyky matalan veden tavoiteäänilähteen tason arvioinnissa. Tämä menetelmä soveltuu matalille merille, joiden äänennopeusprofiili on vakio, ja monimutkaiseen hydrologiaan tai Laajakaistaisen signaalin mittauksen tilanne vaatii lisäselvitystä.