Anggaran tahap sumber bunyi transduser akustik bawah air dalam air cetek

Kaedah anggaran tahap sumber bunyi berdasarkan fungsi tindak balas frekuensi songsang akustik (IFRF) dicadangkan untuk menyelesaikan masalah ketepatan penilaian yang lemah terhadap tahap getaran dan bunyi peralatan akustik bawah air di perairan cetek. Kaedah ini mewakili fungsi penghantaran berbilang saluran sebagai perposisi gangguan bagi sumber bunyi dan sumber maya berbilang susunannya. Matriks pemindahan membina hubungan antara kekuatan sumber kompleks, tekanan kompleks pada titik pengukuran dan saluran akustik. Kekuatan sumber daripada transduser akustik bawah air boleh dianggarkan dengan tepat daripada pengukuran medan akustik terpancar berdasarkan penyongsangan matriks pemindahan. Prinsip asas kaedah IFRF diperkenalkan, dan faktor-faktor yang mempengaruhi ralat anggaran kekuatan sumber dianalisis, termasuk ralat anggaran saluran akustik bawah air, ralat pengukuran tekanan bunyi, dan keadaan matriks pemindahan. Keputusan analisis simulasi berangka dibentangkan, yang menunjukkan bahawa kaedah yang dicadangkan adalah boleh dilaksanakan dan mempunyai prestasi yang baik dalam menganggar tahap sumber bunyi transduser akustik bawah air.

 

Dengan cadangan dan pelaksanaan strategi kuasa maritim negara, perhatian besar telah diberikan kepada pembangunan marin transduser dalam air silinder , perlindungan ekologi, penyelidikan saintifik dan perlindungan hak. Peralatan akustik bawah air dan kenderaan bawah air tanpa pemandu (UUV, UUV, AUV) dan peralatan kejuruteraan marin juga telah dibangunkan dengan pantas, dan penyediaan maklumat prestasi peralatan yang tepat dan berkesan akan menyokong pembangunan pelbagai transduser. Keamatan sumber bunyi terpancar dalam air ialah parameter penting peralatan akustik dalam air apabila ia berfungsi, dan ia berkaitan dengan prestasi dan keselamatannya sendiri. Pada masa ini, untuk ujian sumber hingar dalam air, Dalam kebanyakan kes, kedudukan sumber hingar boleh terletak dan dikenal pasti dengan baik, tetapi sukar untuk mengukur dengan tepat keamatan sumber bunyi sasaran. Jika tahap bunyi yang dipancarkan sumber hingar boleh diukur atau dinilai dengan tepat, ia boleh memberikan panduan untuk pembangunan peralatan atau anggaran prestasi, dan memanjangkannya ke arah navigasi bawah air atau di bawah air. penilaian berkesan tahap hingar mereka atau kesan langkah rawatan akustik. Dalam persekitaran air cetek, bunyi yang dipantulkan dari antara muka dan sumber bunyi gangguan latar belakang yang lain akan menjejaskan ujian medan bunyi terpancar dalam air sasaran. Jika bunyi langsung sasaran boleh diasingkan daripada bunyi gangguan oleh algoritma tertentu, sumber bunyi boleh dianggarkan dengan tepat Maklumat, kaedah matriks tindak balas frekuensi songsang (Fungsi Tindak Balas Frekuensi Songsang, IFRF) Sebagai algoritma transformasi ruang, ia mempunyai ketepatan Ground yang tinggi, dan boleh digunakan untuk mengenal pasti sumber bunyi dan menggambarkan medan bunyi bagi kaedah struktur kompleks yang praktikal, dan bukan kaedah IFR yang terhad, dan bukan kaedah yang praktikal. dalam pengimejan sumber bunyi dekat medan dalam medium udara.Dengan analisis teori yang lebih terperinci, sarjana dari pelbagai negara juga telah berturut-turut mengkaji dan membangunkan teori tersebut pada masa berikutnya. Tetapi terdapat sarjana penyelidikan. Ia mesti tertumpu dalam persekitaran bilik anechoic udara dan telah mencapai keputusan yang baik. Jika kaedah itu boleh diperkenalkan ke dalam persekitaran air cetek sebenar, ia boleh digunakan untuk menguji dan menilai keamatan sinaran sumber bunyi getaran akan meningkatkan dengan ketara masalah ketepatan lemah ujian keamatan sumber bunyi sasaran dalam persekitaran air cetek. Memandangkan masalah di atas, makalah ini mengambil sumber bunyi monopole sebagai objek penyelidikan, dan di bawah andaian model saluran pemindahan berbilang gelombang, sebagai model sumber sinaran superviral. perambatan bunyi radio, kaedah IFRF digunakan untuk menyongsangkan nilai tahap sumber bunyi yang dipancarkan sasaran, dan faktor-faktor yang mempengaruhi ketepatan anggaran tahap sumber bunyi dinilai.Analisis penaakulan, dan analisis simulasi yang berkaitan berdasarkan model medan bunyi yang telah ditetapkan, keputusan menunjukkan bahawa kaedah menganggarkan sumber bunyi yang dipancarkan oleh transduser akustik bawah air Tahap boleh dilaksanakan dan mempunyai tahap ketepatan yang tinggi.

1.1 Kaedah matriks tindak balas frekuensi songsang

Fungsi tindak balas frekuensi mewujudkan hubungan antara tekanan bunyi pengukuran persekitaran sebenar dan sumber bunyi sasaran. Matriks fungsi boleh diukur secara langsung atau diluluskan.Model berangka dikira, dan medan bunyi diukur oleh tatasusunan hidrofon untuk mendapatkan matriks fungsi tindak balas frekuensi dan tekanan bunyi kompleks medan bunyi.Selepas pengiraan, keamatan sumber bunyi boleh dianggarkan daripada pengukuran medan bunyi. Memandangkan kes sumber bunyi titik tunggal, sambungan elemen piezo pada tatasusunan bunyi. Isyarat transduser penerima ialah isyarat pelepasan sumber bunyi dan fungsi tindak balas saluran akustik bawah air, di mana q(hs,t) ialah kedalaman sumber bunyi pada hs, dan p(hm,t) ialah kedalaman. Titik domain masa yang diterima pada saluran H, hm, adalah tindak balas yang diterima pada saluran Measuring. sumber bunyi ke titik penerima. Untuk memudahkan analisis, kami memilih untuk menganalisis hubungan perambatan bunyi dalam domain frekuensi, dan menggunakan matriks untuk mewakili isyarat dan bunyi pemerolehan tatasusunan yang ideal.

 

Hubungan antara sumber, P ialah vektor tekanan bunyi kompleks tertib M×1, Q ialah vektor keamatan sumber bunyi (termasuk sumber khayalan), H ialah matriks tindak balas frekuensi kompleks, di mana istilah Hi,j berkaitan dengan sumber bunyi ke-i kepada sumber bunyi ke-i. Fungsi pemindahan akustik antara elemen j. Dalam pengukuran sebenar, gangguan bunyi atau andaian bersyarat akan membawa ralat tertentu. Oleh itu, vektor e perlu ditambah kepada tekanan bunyi ukuran yang ideal. Vektor e mewakili sisihan antara nilai bunyi yang diukur dan nilai tekanan bunyi ideal P. Untuk menjadikan kedua-duanya Untuk mencapai 'padanan terbaik', kaedah tradisional adalah menggunakan kaedah kuasa dua terkecil. Tentukan fungsi kos: Mudah untuk membuktikan bahawa keamatan sumber bunyi apabila nilai minimum persamaan diperolehi adalah penyelesaian anggaran terbaik.

 

1.2 Analisis ralat

Melalui analisis ralat, sumber ralat anggaran boleh ditemui, dan ia boleh memberikan panduan asas untuk kerja pengukuran sebenar untuk mengurangkan ralat. Tanpa kehilangan keluasan .Dalam kes ini, kami menjalankan analisis mendalam tentang anggaran keamatan sumber bunyi yang dikira dalam Bahagian dan mempertimbangkan penggunaan sifat berguna matriks 2-norma, iaitu, untuk matriks A dan B. Nombor keadaan matriks berkaitan dengan keadaan matriks. Apabila keadaan terlalu besar, matriks berada dalam keadaan tidak bersyarat, dan anggaran sasaran akan diberikan pada masa ini. Bawa ralat yang besar. Nombor keadaan matriks ditakrifkan.

 

2 Simulasi dan perbincangan

Oleh kerana persekitaran medan bunyi sebenar adalah kompleks dan boleh diubah, faktor yang berbeza akan mempengaruhi prestasi kaedah pada tahap tertentu. Untuk mengesahkan IFRF. Kaedah ini digunakan untuk menganggarkan ketepatan dan kebolehgunaan keamatan sumber bunyi. Objektifnya adalah untuk menganggarkan keamatan sumber bunyi yang dipancarkan oleh sumber bunyi monopole, dan perisian MATLAB digunakan. Untuk menganalisis kesan kaedah IFRF dalam persekitaran yang bising, untuk mengukur ralat antara nilai anggaran dan nilai sebenar, ralat purata kuasa dua akar dipilih untuk mewakili prestasi dalam jalur frekuensi yang luas.

 

Persekitaran simulasi ialah persekitaran air cetek yang seragam dengan bahagian bawah rata, kedalaman air 60m, dan kedalaman sumber bunyi ditetapkan kepada 10m, menggunakan 33 yuan jarak menegak yang sama. Tatasusunan linear digunakan untuk pengukuran, jarak elemen ialah 1m, pusat tatasusunan asas berada pada kedalaman 22m dalam julat isyarat yang berterusan, dan frekuensi isyarat berterusan 100Hz~10kHz transduser akustik bawah air sfera . Untuk mensimulasikan pengaruh gangguan hingar dalam isyarat ujian sebenar, hingar putih Gaussian ditambah kepada isyarat tekanan bunyi yang diperolehi oleh pengiraan simulasi. Oleh itu, hubungan antara perbezaan antara nilai anggaran keamatan sumber bunyi dan nilai sebenar dengan kekerapan dan aras hingar ditunjukkan dalam Rajah 1.

Untuk menyerlahkan ciri-ciri perubahan lengkung, lengkung perubahan ralat sepadan dengan nisbah isyarat-ke-bunyi 3dB, dan 10dB ditunjukkan dalam Rajah 2, Jadual Nilai punca-min-kuasa dua ralat anggaran keamatan sumber bunyi dalam jalur frekuensi sepadan beberapa nisbah isyarat-ke-bunyi .

Daripada keputusan Rajah 1 dan Rajah 2, dapat dilihat bahawa dalam julat frekuensi 100Hz~10kHz transduser hidrofon sfera , ralat anggaran keamatan sumber bunyi berbeza-beza mengikut kekerapan. Apabila nisbah isyarat kepada hingar rendah, ralat pada beberapa titik frekuensi melebihi nilai rujukan pratetap 3dB, dengan peningkatan nisbah isyarat kepada hingar, keadaan ini telah menjadi lemah dengan ketara, dan keluk ralat keseluruhan cenderung stabil. Digabungkan dengan analisis data statistik dalam Jadual 1, ralat keseluruhan dalam jalur frekuensi secara beransur-ansur dikurangkan dan distabilkan dengan peningkatan nisbah isyarat-ke-bunyi, dan ia masih mempunyai ketepatan yang lebih tinggi pada nisbah isyarat-ke-bunyi yang lebih rendah, menunjukkan keberkesanan kaedah IFRF. Seks dan ketepatan.

 

(2) Pengaruh jarak mendatar ke atas anggaran aras sumber bunyi

Disebabkan oleh pengembangan gelombang bunyi dengan pertambahan jarak, magnitud isyarat bunyi pada jarak mendatar yang berbeza pada kedalaman yang sama adalah berbeza. Untuk menganalisis pengaruh tatasusunan pengukuran pada jarak mendatar yang berbeza terhadap ketepatan aras sumber bunyi yang dianggarkan oleh kaedah IFRF, diandaikan bahawa setiap Nisbah isyarat-ke-bunyi bagi isyarat pengukur pada jarak mendatar adalah sama. Menurut analisis teks, nisbah isyarat kepada hingar dipilih sebagai 10dB untuk menganalisis keadaan ujian yang sepadan dengan jarak ujian yang berbeza. Rajah 3 menyenaraikan hasil simulasi yang sepadan untuk beberapa jarak. Punca nilai kuasa dua purata ralat anggaran tahap sumber bunyi dalam jalur frekuensi yang sepadan.

 

Membandingkan dan menganalisis hasil simulasi dalam Rajah 3, dapat dilihat bahawa ia mempunyai ciri yang sama dengan perubahan hingar. Apabila jarak ujian mendatar meningkat, keluk ralat anggaran tahap sumber bunyi keseluruhan turun naik dengan lebih mendadak, dan akan terdapat lebih banyak ralat pada frekuensi. Melebihi nilai rujukan 3dB yang telah ditetapkan. Menggabungkan data statistik dalam Rajah 4, dapat dilihat bahawa sisihan penyongsangan dalam jalur frekuensi secara beransur-ansur meningkat apabila jarak ujian meningkat. Menganalisis perubahan aliran ini, sisihan keseluruhan adalah kurang daripada 1dB atau lebih rendah dalam jarak kira-kira 200m. Memandangkan isyarat akustik sebenar mempunyai pengecilan perambatan dan gangguan bunyi persekitaran, dalam ujian sebenar, kedudukan mendatar ujian dikawal dalam jarak 100m dari sasaran, yang boleh meningkatkan kesahan dan ketepatan keputusan ujian.

 

3 Kesimpulan

Kertas kerja ini mencadangkan kaedah untuk menganggar keamatan sumber bunyi transduser akustik bawah air di perairan cetek berdasarkan kaedah matriks tindak balas frekuensi songsang. Kebolehlaksanaan dan ketepatan kaedah dianalisis dan disahkan dari perspektif teori dan simulasi. Artikel pertama memperoleh dan menerangkan prinsip kaedah IFRF; dan menganalisis punca ralat dalam anggaran keamatan sumber bunyi daripada terbitan teori. Berbanding dengan kaedah pengecilan gelombang sfera tradisional dan kaedah pembentukan rasuk, fungsi tindak balas frekuensi songsang mengambil isyarat yang dicerminkan dari setiap permukaan sempadan sebagai input yang berkesan, dan juga mengambil kira pengaruh saluran akustik dan turun naik medan bunyi. Analisis simulasi menunjukkan kaedah yang dicadangkan mempunyai prestasi yang baik dalam anggaran aras sumber bunyi sasaran di perairan cetek. Kaedah ini sesuai untuk kes laut cetek dengan profil halaju bunyi yang tetap, dan untuk hidrologi kompleks atau Situasi pengukuran isyarat jalur lebar memerlukan kajian lanjut.