本發(fā)明屬于水下航行器噪聲監(jiān)測與評估，具體涉及一種航行器水下輻射噪聲實時自測量評估方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的水下輻射噪聲測量方法主要有固定式和移動式。固定式是指在特定海域?qū)⑺犉鳎嚕┕潭ㄔ谥付ㄎ恢?，進行輻射噪聲測量，例如cn116929531a“一種uuv航行輻射噪聲測量系統(tǒng)”；而移動式主要借助于輔助測量船，將測噪系統(tǒng)布放到實驗海域進行噪聲測量，例如cn117647796a“一種深海環(huán)境下的拖線陣被動探測數(shù)據(jù)模擬方法”。這兩種測量方式對環(huán)境及輔助設(shè)施的要求較高，無法實現(xiàn)任意海洋環(huán)境下輻射噪聲的在線測量和預(yù)報。

2、與傳統(tǒng)的試驗場和輔助測量船等水下輻射噪聲測量手段相比，船舶采用自身拖曳陣進行本體噪聲測量，具有使用靈活方便、成本低等諸多優(yōu)勢。對于水下航行器來說，利用拖曳聲吶測量本體自噪聲可以實現(xiàn)水下航行器在航行過程中快速了解本體輻射噪聲水平，掌握自身聲隱身態(tài)勢，為水下航行器行動決策提供參考。

3、水下航行器若能在拖曳聲吶的過程中，通過一定的機動方式使自身在一段時間內(nèi)與整個或者部分拖線陣保持相對穩(wěn)定的態(tài)勢，且處于該部分拖線陣接近正橫的方位，水下航行器就可以作為一個目標被拖線陣聲吶持續(xù)探測，進而實現(xiàn)對自身輻射噪聲的測量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上技術(shù)問題和應(yīng)用背景，本發(fā)明提供了一種航行器水下輻射噪聲實時自測量評估方法，其利用水下航行器拖曳聲吶實時測量本體輻射噪聲，使水下航行器拖曳聲吶能夠在航行過程中快速測量輻射噪聲，包括以下步驟：

2、s1、判斷當前所處環(huán)境是否適合布放拖曳聲吶并測量輻射噪聲。

3、s2、根據(jù)任務(wù)需要確定測量所采取的機動方式。

4、s3、根據(jù)實測海洋環(huán)境噪聲和聲吶流噪聲水平確定背景噪聲級 nl，根據(jù)預(yù)知的水下航行器輻射噪聲水平確定聲源級 sl。

5、s4、將步驟s3中背景噪聲級 nl和聲源級 sl帶入聲吶方程，計算合適的水下航行器輻射噪聲測量時間 t、測量距離 r和選用聲吶陣元個數(shù) n。

6、s5、根據(jù)水下航行器操縱理論及水下航行器的長度 d，聲吶陣列尺寸 h，確定水下航行器機動路線參數(shù)和測量時機。

7、s6、進行陣形估計，計算拖線陣聲吶陣元的坐標。

8、s7、根據(jù)步驟s4-s6中確定的參數(shù)，通過聚焦波束形成空間掃描的方法確定水下航行器方位和距離。

9、s8、根據(jù)步驟s7的水下航行器方位和距離計算時域波束數(shù)據(jù)。

10、s9、對時域波束數(shù)據(jù)進行功率譜分析得到輻射噪聲的功率譜。

11、s10、將步驟s9測得的功率譜折算為水下航行器輻射噪聲聲源級。

12、進一步，步驟s1中所述當前所處環(huán)境，需要海深滿足水下航行器下潛和拖曳聲吶布放的最小深度要求，水下航行器和拖曳聲吶的距底高度滿足安全指標，周圍海域無海底障礙得物，海況不大于3級。

13、進一步，步驟s2中所述機動方式，包括u形機動方式和圓周機動方式。

14、進一步，步驟s4中計算方式為，參照被動聲吶方程中的能量關(guān)系，對于線譜信號，信噪比為

15、；

16、對于寬帶輻射噪聲信號，信噪比為

17、；

18、式中 df為傅里葉變換對單頻信號的處理增益， di為空間增益， tl為傳播損失，其中：

19、；

20、；

21、；

22、式中 t為測量時間， n為選用聲吶陣元個數(shù)， r為聲源至接收陣的測量距離。

23、同時，為能夠?qū)⒍喽螠y量結(jié)果取平均以減小誤差，需增大測量時間；為最大程度地保證陣列接近直線陣，降低陣形估計的難度以及陣形畸變的影響，需選取部分陣列參與計算；縮小水下航行器和拖線陣距離可減小傳播損失，但會縮短穩(wěn)定測量時間；綜合考慮上述因素，根據(jù)預(yù)設(shè)的信噪比要求， snr≥3db，計算出合理的測量時長、檢測時長、測量距離 r與陣元個數(shù) n，其中，， n為取平均的測量段數(shù)。

24、進一步，步驟s5中水下航行器機動路線參數(shù)為，水下航行器轉(zhuǎn)彎半徑 γ、拖曳聲吶放纜長度 l和水下航行器航速 v；其中，。

25、測量時機為測量開始和結(jié)束的時間以及位置，使水下航行器位于拖線陣正橫方向，有

26、；

27、。

28、進一步，步驟s6中，陣形估計測量時，通過對分布在拖線陣固定位置的航向傳感器測得的航向數(shù)據(jù)進行插值擬合，以分析時長為單元估計得出各個聲吶陣元的坐標 x 1, x 2, …, x n。

29、進一步，步驟s7中，通過聚焦波束形成空間掃描的方法，參考拖線陣基準陣元，找出噪聲能量最大值對應(yīng)的方位 θ和距離 d，即水下航行器聲中心位置；其中，為掃描位置到各陣元與基準陣元的時延，， c為海水中聲速，為各陣元的時域數(shù)據(jù)，且0≤ t≤ t。

30、進一步，步驟s8中以水下航行器聲中心位置到各陣元與基準陣元的時延對各陣元的時域數(shù)據(jù)進行時移得到，相加得到時域波束數(shù)據(jù) x( t)， i=1,2,…, n-1，計算方法為:

31、；

32、；

33、。

34、進一步，步驟s9中，重復(fù)步驟s6-s8，直至達到檢測時長 t s；對得到的時域數(shù)據(jù)分段進行功率譜分析并取平均，得到輻射噪聲的功率譜：

35、。

36、進一步，步驟s10中根據(jù)傳播損失公式，將測得的功率譜折算至水下航行器等效聲中心1米處，得到水下航行器輻射噪聲聲源級，計算公式為：。

37、有益效果

38、1.與傳統(tǒng)的試驗場和輔助測量船等水下輻射噪聲測量手段相比，船舶采用自身拖曳陣進行本體噪聲測量，具有使用靈活方便、成本低等優(yōu)勢。

39、2.通過水下航行器在拖曳聲吶的狀態(tài)下采用特定的機動方式使水下航行器在一段時間內(nèi)與拖線陣保持穩(wěn)定的相對位置關(guān)系，通過陣形估計、聚焦波束形成等方法完成對自身輻射噪聲水平和特征的測量，最終使得在水下航行器在航行狀態(tài)下不受地域和時間限制地了解自身輻射噪聲情況，掌握當前聲隱身態(tài)勢，可作為水下航行器在航期間輻射噪聲快速評估的一種補充和參考手段，為水下航行器行動決策提供參考。