Procjena razine izvora zvuka podvodnog akustičnog pretvarača u plitkoj vodi

Predlaže se metoda procjene razine izvora zvuka koja se temelji na funkciji akustičnog inverznog frekvencijskog odziva (IFRF) kako bi se riješio problem niske točnosti procjene razine vibracija i buke podvodne akustične opreme u plitkim vodama. Ova metoda predstavlja funkciju višekanalnog prijenosa kao interferenciju izvora zvuka i njegovog virtualnog izvora više reda. Matrica prijenosa gradi odnos između složenih snaga izvora, složenih pritisaka na mjernim točkama i akustičnog kanala. Snage izvora podvodni akustični pretvarač može se točno procijeniti iz mjerenja zračenog akustičkog polja na temelju inverzije matrice prijenosa. Uvodi se osnovni princip IFRF metode, te se analiziraju čimbenici utjecaja na pogreške procjene snage izvora, uključujući pogreške procjene podvodnog akustičnog kanala, pogreške mjerenja zvučnog tlaka i uvjete matrice prijenosa. Prikazani su rezultati analize numeričke simulacije koji pokazuju da je predložena metoda izvediva i ima dobre performanse u procjeni razine izvora zvuka podvodnog akustičnog pretvornika.

 

Prijedlogom i provedbom nacionalne strategije pomorstva velika je pozornost posvećena razvoju pomorstva cilindrični podvodni pretvarač , ekološka zaštita, znanstveno istraživanje i zaštita prava. Podvodna akustična oprema i bespilotna podvodna vozila (UUV, UUV, AUV) i pomorska inženjerska oprema također su se brzo razvili, a pružanje točnih i učinkovitih informacija o performansama opreme snažno će podržati razvoj različitih pretvarača. Intenzitet podvodnog zračenog izvora zvuka važan je parametar podvodne akustične opreme kada ona radi, a povezan je s vlastitom izvedbom i sigurnošću. Trenutno, za ispitivanje podvodnih izvora buke, u većini slučajeva, položaj izvora buke može se dobro locirati i identificirati, ali je teško točno izmjeriti intenzitet ciljnog izvora zvuka. Ako se isijavana razina zvuka izvora buke može točno izmjeriti ili procijeniti, to može dati smjernice za razvoj opreme ili procjenu performansi i proširiti to na podvodnu navigaciju. Evaluacija razine podvodne buke ciljeva kao što su putovanje vozila ili površinski brodovi omogućit će učinkovitu procjenu njihove razine buke ili učinka mjera akustične obrade. U plitkoj vodi, reflektirani zvuk od sučelja i drugih izvora zvuka pozadinske smetnje utjecat će na ciljano ispitivanje zvučnog polja koje zrači pod vodom. Ako se izravni zvuk mete može odvojiti od interferencijskog zvuka posebnim algoritmom, izvor zvuka može se točno procijeniti Informacije, metoda matrice inverznog frekvencijskog odziva (Inverse Frequency Response Function, IFRF) Kao algoritam prostorne transformacije, ima visoku točnost tla i može se koristiti za identifikaciju izvora zvuka i vizualizaciju zvučnog polja složenih struktura, a nije ograničen akustičnim sustavom koji je praktična ispitna metoda IFRF metode u prikazivanju izvora zvuka bliskog polja u zračnom mediju. Uz detaljniju teoretsku analizu, znanstvenici iz raznih zemalja također su sukcesivno proučavali i razvijali teoriju u kasnijem vremenu. No, bilo je istraživanja masters.It mora biti koncentrirana u zrak bezehoic room okruženju i postigao dobre rezultate. Ako se metoda može uvesti u stvarno okruženje plitke vode, može se koristiti za ispitivanje i procjenu intenziteta zračenja izvora vibracijskog zvuka, što će značajno poboljšati problem slabe točnosti testa intenziteta ciljnog izvora zvuka u okruženju plitkih voda. S obzirom na gore navedene probleme, ovaj rad uzima monopolni izvor zvuka kao objekt istraživanja, a pod pretpostavkom sfernog vala, prijenosna funkcija kanala modelirana je kao multivirtualni izvor zračenje. Vektorska superpozicija širenja radijskog zvuka, IFRF metoda koristi se za invertiranje ciljane vrijednosti razine zračenog izvora zvuka i procjenjuju se čimbenici koji utječu na točnost procjene razine izvora zvuka. Analiza rasuđivanja i povezana analiza simulacije temeljena na utvrđenom modelu zvučnog polja, rezultati pokazuju da metoda procjenjuje izvor zvuka koji zrači podvodni akustični pretvornik. Razina je izvediva i ima visok stupanj točnost.

1.1 Metoda matrice inverznog frekvencijskog odziva

Funkcija frekvencijskog odziva uspostavlja odnos između stvarnog mjerenja zvučnog tlaka u okolišu i ciljnog izvora zvuka. Matrica funkcije može se izravno mjeriti ili proslijediti. Numerički model se izračunava, a zvučno polje se mjeri nizom hidrofona kako bi se dobila matrica funkcije frekvencijskog odziva i složeni zvučni tlak zvučnog polja. Nakon izračuna, intenzitet izvora zvuka može se procijeniti iz mjerenja zvučnog polja. Uzimajući u obzir slučaj izvora zvuka u jednoj točki, povezivanje piezo elementa na zvučnom nizu. Signal prijamnog pretvornika je signal emisije izvora zvuka i funkcija odziva podvodnog akustičnog kanala, gdje je q(hs,t) dubina izvora zvuka na hs, a p(hm,t) dubina. Signal vremenske domene primljen na mjernoj točki hm, H(hs,hm) je akustični kanal funkcija odziva od izvora zvuka do prijemne točke. Kako bismo olakšali analizu, odlučili smo analizirati odnos širenja zvuka u frekvencijskoj domeni i koristiti matricu za predstavljanje idealnog niza akvizicijskih signala i zvuka.

 

Odnos između izvora, P je složeni vektor zvučnog tlaka reda M×1, Q je vektor intenziteta izvora zvuka (uključujući imaginarni izvor), H je matrica složenog frekvencijskog odziva, gdje je izraz Hi,j povezan s i-tim izvorom zvuka i i-tim izvorom zvuka. Prijenosna funkcija zvuka između j elemenata. U stvarnom mjerenju, smetnje buke ili uvjetne pretpostavke donijet će određene pogreške. Stoga vektor e treba dodati idealnom mjernom zvučnom tlaku. Vektor e predstavlja odstupanje između izmjerene vrijednosti zvuka i idealne vrijednosti zvučnog tlaka P. Kako bi se postiglo oboje Da bi se postiglo 'najbolje podudaranje', tradicionalna metoda je korištenje metode najmanjih kvadrata. Definirajte funkciju troška: Lako je dokazati da je intenzitet izvora zvuka kada se dobije minimalna vrijednost jednadžbe najbolje procijenjeno rješenje.

 

1.2 Analiza grešaka

Analizom pogreške može se pronaći izvor pogreške procjene i može pružiti osnovne smjernice za stvarni rad na mjerenju kako bi se pogreška smanjila. Bez gubitka općenitosti. U ovom slučaju provodimo dubinsku analizu procijenjenog intenziteta izvora zvuka izračunatog u odjeljku i uzimajući u obzir korištenje korisnog svojstva matrice 2-norme, to jest za matrice A i B. Broj uvjeta matrice povezan je sa stanjem matrice. Kada je uvjet prevelik, matrica je u loše uvjetovanom stanju, a ciljna procjena bit će dana u ovom trenutku. Donosi velike pogreške. Definiran je broj uvjeta matrice.

 

2 Simulacija i rasprava

Budući da je stvarno okruženje zvučnog polja složeno i promjenjivo, različiti čimbenici u određenoj će mjeri utjecati na izvedbu metode. Kako bi se provjerio IFRF. Metoda se koristi za procjenu točnosti i primjenjivosti intenziteta izvora zvuka. Cilj je procijeniti intenzitet izvora zvuka koji zrači monopolni izvor zvuka, a koristi se softver MATLAB. Za analizu učinka IFRF metode u bučnom okruženju, kako bi se kvantificirala pogreška između procijenjene vrijednosti i stvarne vrijednosti, odabrana je srednja kvadratna pogreška koja predstavlja učinak u širokom frekvencijskom pojasu.

 

Simulacijsko okruženje je ravnomjerno plitkovodno okruženje s ravnim dnom, dubinom vode od 60 m, a dubina izvora zvuka postavljena je na 10 m, koristeći 33 juana jednako raspoređenih okomito. Za mjerenje se koristi linearni niz, razmak između elemenata je 1 m, središte osnovnog niza je na dubini od 22 m, a signal je jednofrekventni kontinuirani signal u rasponu od 100Hz~10kHz sferični podvodni akustični pretvarač . Kako bi se simulirao utjecaj interferencije buke u stvarnom ispitnom signalu, Gaussov bijeli šum dodaje se signalu zvučnog tlaka dobivenom proračunom simulacije. Stoga je odnos između razlike između procijenjene vrijednosti intenziteta izvora zvuka i stvarne vrijednosti s frekvencijom i razinom buke prikazan na slici 1.

Kako bi se istaknule karakteristike promjene krivulje, krivulja promjene pogreške koja odgovara omjeru signala i šuma od 3dB i 10dB prikazana je na slici 2, tablica Srednja kvadratna vrijednost pogreške procjene intenziteta izvora zvuka u odgovarajućem frekvencijskom pojasu nekih omjera signala i šuma.

Iz rezultata na slici 1 i slici 2 može se vidjeti da u frekvencijskom rasponu od 100Hz~10kHz sferni hidrofonski pretvarač , pogreška procjene intenziteta izvora zvuka varira nepravilno s frekvencijom. Kada je omjer signala i šuma nizak, pogreška na nekim frekvencijskim točkama premašuje unaprijed postavljenu referentnu vrijednost od 3dB, s poboljšanjem omjera signala i šuma, ova situacija je značajno oslabljena, a ukupna krivulja pogreške ima tendenciju da bude stabilna. U kombinaciji sa statističkom analizom podataka u tablici 1, ukupna pogreška u frekvencijskom pojasu postupno se smanjuje i stabilizira s povećanjem omjera signala i šuma, te još uvijek ima veću točnost pri nižem omjeru signala i šuma, što ukazuje na učinkovitost IFRF metode. Seks i točnost.

 

(2) Utjecaj horizontalne udaljenosti na procjenu razine izvora zvuka

Zbog širenja zvučnih valova s ​​povećanjem udaljenosti, veličina zvučnog signala na različitim horizontalnim udaljenostima na istoj dubini je različita. Kako bi se analizirao utjecaj mjernog niza na različitim vodoravnim udaljenostima na točnost razine izvora zvuka procijenjene IFRF metodom, pretpostavlja se da je svaki omjer signala i šuma mjernog signala na vodoravnoj udaljenosti isti. Prema analizi teksta, omjer signala i šuma odabran je kao 10 dB za analizu odgovarajućih ispitnih uvjeta različitih ispitnih udaljenosti. Slika 3 prikazuje odgovarajuće rezultate simulacije za neke udaljenosti. Srednja kvadratna vrijednost pogreške procjene razine izvora zvuka u odgovarajućem frekvencijskom pojasu.

 

Uspoređujući i analizirajući rezultate simulacije na slici 3, može se vidjeti da ima slične karakteristike promjenama buke. Kako se vodoravna ispitna udaljenost povećava, ukupna krivulja pogreške procjene razine izvora zvuka oštrije fluktuira, a bit će više pogrešaka na frekvencijama. Prekoračenje unaprijed određene referentne vrijednosti od 3dB. Kombinirajući statističke podatke na slici 4, može se vidjeti da odstupanje inverzije unutar frekvencijskog pojasa postupno raste kako se ispitna udaljenost povećava. Analizirajući ovu promjenu trenda, ukupno odstupanje je manje od 1dB ili čak niže unutar udaljenosti od oko 200 m. Uzimajući u obzir da stvarni akustični signal ima slabljenje širenja i smetnje buke u okolišu, u stvarnom ispitivanju, ispitni vodoravni položaj kontrolira se unutar 100 m od cilja, što može poboljšati valjanost i točnost rezultata ispitivanja.

 

3 Zaključak

Ovaj rad predlaže metodu za procjenu intenziteta izvora zvuka podvodnih akustičnih pretvarača u plitkim vodama na temelju metode matrice inverznog frekvencijskog odziva. Izvedivost i točnost metode analiziraju se i verificiraju iz perspektive teorije i simulacije. U članku se prvo izvodi i opisuje princip IFRF metode; te analizira uzrok pogreške u procjeni intenziteta izvora zvuka iz teorijske derivacije. U usporedbi s tradicionalnom metodom prigušenja sfernog vala i metodom formiranja snopa, funkcija inverznog frekvencijskog odziva uzima reflektirani signal sa svake granične površine kao učinkovit ulaz, a također uzima u obzir utjecaj akustičnog kanala i fluktuaciju zvučnog polja. Analiza simulacije pokazuje da predložena metoda ima dobre performanse u procjeni ciljane razine izvora zvuka u plitkoj vodi. Ova je metoda prikladna za slučaj plitkih mora s konstantnim profilom brzine zvuka, te za složenu hidrologiju ili Situaciju mjerenja širokopojasnog signala potrebno je dalje proučavati.