舰船水压场频域检测的环境干扰特性分析

舰船水压场以其难于人工模拟性,被作为舰船的重要目标特性广泛应用于水中目标检测中,而对其进行频域检测又是最常用的舰船水压场信号检测方法。复杂多变的海洋环境中,诸多因素都对舰船水压场信号的频域检测性能产生显著影响,文章对在我国沿海不同海域获得的大量环境水压场数据进行分析,得到影响舰船水压场信号频域检测的主要因素,为水中目标探测器设计提供参考。     

深海矢量噪声场声传播特性研究

矢量声压振速联合处理是建立在信号的声压和质点振速相位基础上,海洋环境边界对声传播的影响将改变矢量声场声压和质点振速的幅度和相位特性。文章根据南海环境条件和水下目标辐射噪声测量采用矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声源和水下点声源矢量场的幅度和相位随深度的变化,并对矢量水听器测量系统获取的南海典型深度上的背景噪声数据进行了分析。结果表明:深海背景噪声声压谱级在500 Hz以下基本上不随深度变化,在500 Hz-3 kHz频段浅深度背景噪声声压谱级略高于较深深度的背景噪声声压谱级;背景噪声的垂直质点振速谱级要小于声压和水平质点振速谱级。     

基于高阶累量的船舶轴频电场信号自适应增强

轴频电场是海水中运动船舶的一种微弱特征信号,极易被噪声掩盖,具有良好的线谱性。海洋环境电场作为背景噪声,具有良好的高斯性,为了在复杂海况下提取微弱轴频电场信号,提出一种基于高阶累量的船舶轴频电场信号自适应增强方法,运用观测信号的四阶累量一维非对角切片构造有限冲激响应滤波器,使用该滤波器从海洋环境电场中提取船舶轴频电场信号。分别使用实测数据和仿真数据对本文所提方法进行检验,检验结果表明,该方法能够在较低的信噪比条件下有效增强船舶轴频电场信号,性能优于现有的基于2阶统计量的信号增强方法。     

海洋环境水下电磁场相关特性分析

海洋环境水下电磁场可以分为天然电磁场和人为因素电磁场,因而时域波形中既有随机成分也存在周期成分。论文通过分析浅海近岸多点测试的海洋环境水下电磁场数据,研究了不同条件下环境电磁场的相关特性。分析结果表明,由于海水运动的规律性导致环境电磁场在低频段的相关性很强,可以通过自适应抵消技术抑制海洋环境水下电磁场。     

基于单矢量水听器的海洋环境噪声方向性分析方法研究

海洋环境噪声场方向性是信号处理中背景噪声抑制的基础。本文基于矢量水听器研究了海洋环境噪声方向性分析方法以及各向异性的表征方法,分析了背景噪声方向性与矢量水听器对背景噪声抑制能力的关系,并利用北黄海海域单矢量水听器获取的海洋环境噪声数据,对海洋环境噪声方向性分析方法进行了试验验证。结果表明:不同频段的海洋环境噪声场水平各向异性程度差异显著;海洋环境噪声水平方向性在特定频段内具有显著的不均匀性,且其方向性与航船分布情况一致。     

基于单矢量水听器的海洋环境噪声方向性分析方法研究

海洋环境噪声场方向性是信号处理中背景噪声抑制的基础.本文基于矢量水听器研究了海洋环境噪声方向性分析方法以及各向异性的表征方法,分析了背景噪声方向性与矢量水听器对背景噪声抑制能力的关系,并利用北黄海海域单矢量水听器获取的海洋环境噪声数据,对海洋环境噪声方向性分析方法进行了试验验证.结果表明:不同频段的海洋环境噪声场水平各向异性程度差异显著;海洋环境噪声水平方向性在特定频段内具有显著的不均匀性,且其方向性与航船分布情况一致.     

复杂环境下船舶轴系推力信号辨识模型分析

为解决复杂环境下的船舶轴系推力信号辨识问题,提出一种基于时频分析和深度学习的轴系推力信号辨识模型。该模型首先以短时傅里叶变换（STFT）方法对轴系推力信号与环境干扰信号的时频特征进行提取,以频段分析方法对两种信号的频率（周期）和能量等关键特征进行计算;然后以循环神经网络（RNN）方法对模型中2种信号的关键特征进行充分训练,得到经泛化后的深度学习辨识模型;最后,基于实验室模拟实船的轴系推力信号与环境干扰信号数据对模型进行仿真试验和验证。验证结果表明,该模型在复杂环境干扰下施加恒定推力与动态推力时均具备良好的辨识能力,可为船舶轴系推力信号辨识技术的研究提供参考。     

基于时谐偶极子模型的舰船轴频电场特性分析

基于电磁建模方法,通过时谐偶极子模型在深海环境下产生的交变电场信号,对舰船的水下轴频电场进行仿真模拟。考察了舰船在不同测量深度上的电场分布特性,并对多种影响因素进行对比分析,为基于水下电场特征控制的舰船隐身提供理论基础和数据支撑。     

舰船轴频电场衰减规律的实验验证

舰船电场的轴频信号分布在1～7 Hz,且存在明显的谐波成分,因此其在浅海环境中能传播较远距离,从而成为舰船的特征信号之一。本文基于时谐电偶极子模型,在海上测试了电场信号源的衰减规律。通过对试验数据的分析可知,水深为16 m时,1.06 Hz,1.94 Hz以及3.22 Hz交变电场纵向分量在海底平面沿纵向随距离分别呈1.91次方、1.91次方和1.88次方衰减,很好地验证了理论数值计算的正确性。     

分层海水环境中水下电场衰减规律和分布特性研究

根据海上实测海水电导率参数,建立空气—分层海水—海床5层海洋环境模型。基于传统的水平电偶极子空气-海水-海床3层介质模型中水下电场衰减规律和分布特性,通过对海水进一步分层的多层介质模型构建数学模型,进行理论推导和仿真计算,给出场源强度为1A·m,深度为4 m,频率为1 Hz时电场在不同水深处的空间分布及正下方Y=0测线上的水下电场分布。结果表明,随着水深的增加,电场X分量与电场Z分量之比是增加的;在海水-海床界面上,测线上电场Z分量最大值约为电场X分量最大值的1/4,电场Y分量最大值相对Y=0处有一定的偏移。从衰减曲线可以看出,在60～500 m范围内电场X分量和电场Z分量沿径向随距离呈3次方衰减。     

自然空化下潜艇感应电磁信号的演化北大核心CSCD

[目的]扰动海水切割地磁场所引起的感应电磁特征可为非声探测技术提供重要信息,鉴于高速航行潜艇流场与电磁场之间复杂和高度非线性作用,需深入分析自然空化引起的湍流结构变化对感应电磁场的影响规律。[方法]首先,基于流体动力学和电磁学,建立流体-电磁耦合的多物理场数学模型;然后,采用Fluent软件进行数值模拟以获得空化演变过程中近场电磁信号的强度和范围,以及不同空化数下感应电场的时频特征。[结果]仿真结果表明:空泡形态的演变使电磁场表现出明显的准周期性非稳态波动特征;感应电场和磁场的量级分别为10^(-1)mV/m和10^(-2)nT,均在目前最先进的仪器测量范围之内。此外,空化数与感应电场的时频特性高度相关,当空化数由0.4减小到0.2时,感应电场的波动强度显著增强,其主频率从49.94 Hz减小至34.19 Hz,且低频波动分量随之增加。[结论]潜艇的感应电磁特性可用于指导水下运动体的非声探测,同时感应电场的主频率范围可为高速潜艇的电磁通信频率选择提供参考。     

基于自持式剖面浮标的目标电场探测方法研究

提出了基于自持式剖面浮标的目标电场探测方法。对探测的基本原理和应用背景进行介绍,然后利用海试数据,对探测浮标在不同水深下的姿态和电场噪声进行分析。当浮标悬浮于50 m水深时,浮标晃动幅度较大(俯仰角最大约7°)且测得的电场存在明显的海浪谱特性。当浮标在100～200 m水深范围内缓慢下降时,浮标晃动幅度明显降低(俯仰角低于0.5°),方位角基本不随时间变化;在该水深区间,频率为0.5～30 Hz的环境电场噪声峰值约为0.08～0.15μV/m,明显较浅水深时低。综合浮标晃动姿态、环境电场噪声等信息,认为探测装置应该工作在100～200 m范围内。     

船舶电场信号的数据融合

船舶电场只能减少,不能消除。文章介绍了船舶电场信号的提取方法,并分别通过小波和时频分析方法对所得信号进行降噪。利用数据融合技术对信号进行综合处理。     

基于小波滤波和LSTM神经网络的船舶运动极短期预报研究

为了提高船舶运动极短期预报精度及预报时间长度,本文采用小波多分辨率分析方法,将含有噪声的船舶运动信号进行了多尺度小波变换,通过采用阈值函数法对各尺度下细节信号的小波系数进行处理,对小波分解层数、小波基函数、阈值处理方法进行了深入研究,并通过模型试验数据对滤波效果进行了验证分析,实现了船舶运动信号的小波滤波.进一步针对船舶运动的非线性特性,基于深度神经网络的非线性映射能力,建立了基于LSTM网络的多步直接映射船舶运动极短期预报模型,并采用滤波后的船舶运动数据进行了不同工况下的预报分析.结果表明,不同时间长度的预报与试验结果幅值和相位吻合较好,验证了所建立的极短期预报模型的可行性.     

基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

水下爆炸条件下自由场压力载荷时频特征分析

在舰船结构水下爆炸试验中,为了研究水下爆炸条件下水中自由场压力载荷的时频特征,针对某水下爆炸试验自由场压力测试试验数据,基于小波分析对信号进行时频特性分析,得到水中自由场压力信号的时频分布和能量分布状况。分析结果表明:针对水下爆炸自由场压力载荷,基于小波分析技术对其时频特征进行分析,可得到水下爆炸自由场压力载荷所包含的频率信息、强度信息以及不同频段下的载荷持续作用时间等信息;另外,可对冲击波、滞后流和二次压力波这3个不同信号阶段进行频段与能量统计分析;在不同频段上对冲南击信号的能量进行统计发现,冲击波阶段在8 kHz以下频段集中了超过90%的能量,其中4 kHz以下频段的能量最大,在滞后流和二次压力波阶段,需特别重视250 Hz以下的低频段对船体结构及设备的影响,该结果对舰船结构及设备的抗冲击防护具有借鉴意义。     

基于EMD和4阶累积量的船舶轴频电场线谱提取

为实现海洋环境电场背景中微弱的船舶轴频电场信号的有效检测,提出一种结合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和4阶累积量对角切片功率谱的方法。首先,利用EMD方法的自适应滤波特性将信号进行分解,得到本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF),按照K-L散度准则进行有效IMF的筛选;然后利用高阶累积量抑制高斯色噪声的性质,计算各有效IMF分量4阶累积量对角切片的功率谱,并进行多子带中的线谱提取。海上实测数据的处理结果表明,该方法能够实现-15d B下的线谱提取,具有一定的实用价值。     

船舶环境噪声的数值分析模型研究

为利用船舶环境噪声对海洋环境进行反演,实现对任意复杂海洋环境的探测,本文以噪声传播连续波动方程为基础,建立基于流体的噪声振动衰减模型,并采用MATLAB软件对其进行编程计算,研究不同海洋环境对噪声谱的影响。计算结果表明:本文建立的海洋环境噪声模型对不同的设计工况均有较大的灵敏度,可为实际应用提供参考。     

船舶模型水池碰撞试验研究

本文提出一种能够模拟船舶海上碰撞环境的模型试验方案,并结合船舶拖曳水池开展了系列模型碰撞试验,分析了不同撞击速度和撞击角度条件下的被撞船模型舷侧结构损伤特性,研究工作可为更好地理解船舶在实际场景下碰撞后的运动规律及仿真方法验证提供试验数据支撑。     

轨道交通振动源强特性及减振措施效果实测分析

选取典型断面开展轨道交通振动源强特性和减振措施减振效果现场实测研究,为后续项目的 环境评价和减振措施的设计提供指导.振动源强建议为:当车型为B型车,轨道线路为普通扣件整体道床的直线线路,车速为62 km/h时,隧道壁的振动源强为78 dB.振动能量主要集中在31.5～100 Hz范围内,振动峰值出现在50～63Hz范围内.不同减振措施的减振效果和有效减振频段不同,其中:中等减振扣件隧道壁的减振效果为4.4 dB,主要减振频段为50～80Hz;梯形轨枕隧道壁的减振效果为9.0 dB,有效减振频段为40～63 Hz;钢弹簧浮置板隧道壁的减振效果为19.8 dB,有效减振频段为12.5～200 Hz.中等减振扣件和梯形轨枕的低频振动均有放大现象,存在结构噪声增大的风险,在减振设计中应予以特别关注.