光纤矢量水听器噪声声场特性分析

论文摘要

海洋环境噪声是用指向性水听器测量到的海洋总噪声背景中的一部分,其作为水声信道中的干扰背景场,任何一个声纳系统的性能都受其限制。随着矢量水听器技术的发展,人们使用压电矢量水听器对海洋环境噪声进行大量测量研究,得出了很多不同于标量技术下的海洋环境噪声的矢量特性。光纤矢量水听器是一种新型的矢量水听器,与压电矢量水听器相比,它具有灵敏度高、传输损耗低、组网便利等优点。本论文利用光纤矢量水听器对海洋环境噪声进行测量,从理论和实验两方面对其测得的噪声声场特性进行了分析。理论分析方面,简要回顾了标量水听器技术下海洋环境噪声的研究状况,详细讨论了基于射线理论的两种标量模型C/S模型和CANARY模型;对矢量水听器技术下海洋环境噪声的研究状况进行总结,将其归纳总结为两种矢量模型,即矢量C/S模型和矢量CANARY模型;对比标量模型和矢量模型的特点,从矢量水听器指向性函数角度出发,通过向标量模型中,加入具有特定指向性函数的指向性因子,将其推广到矢量模型,提出了一种一般的将海洋环境噪声标量模型向矢量模型推广的方法。实验分析方面,首先,对光纤矢量水听器的指向性进行了测试,使用了振动台测试、驻波场测试和湖试测试三种测试方法,结果表明,驻波场测试方法效果较好。其次,对光纤矢量水听器的加速度灵敏度和声压灵敏度实验室标定结果进行了分析,结合三次外场试验数据,进行了单光纤矢量水听器CBF和MVDR两种测向方法的目标测向试验,获得了较好的测向结果。最后,对光纤矢量水听器所测海洋环境噪声场特性进行频域分析。计算了声压自谱和振速自谱,即其所测得的环境噪声谱级,计算结果表明,光纤矢量水听器的振速轴测得的环境噪声谱级低于声压轴测得谱级46dB,与各向同性噪声场假设下理论推导结果4.8dB基本相符;计算了声压振速的互谱,从声压振速互谱模、任意一点相干函数和相位谱三个方面,对环境噪声场特性进行了分析,结果表明,在1001000Hz频段,南海海洋环境噪声场主要是各向同性噪声场为主,各向异性噪声场仅占小部分,声压p和振速vy、vz之间具有弱的相关性,振速vy和vz之间也有弱的相关性;声压p和振速vy、vz以及振速vy和vz之间的相位差均在[-500, 500]之间;计算了当d=0,τ=0时,声压振速时空互相关系数矩阵,计算结果与各向同性噪声场假设下理论推导结果基本相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 光纤矢量水听器的研究现状
• 1.2 矢量水听器海洋环境噪声研究现状
• 1.3 课题研究的意义及主要工作
• 第二章 光纤矢量水听器的研制及测量技术
• 2.1 光纤矢量水听器工作原理及系统构成
• 2.2 光纤矢量水听器探头研制
• 2.3 光纤矢量水听器测量技术
• 2.3.1 指向性
• 2.3.2 灵敏度
• 2.4 本章小结
• 第三章 矢量水听器海洋环境噪声特性分析
• 3.1 标量水听器技术下的海洋环境噪声特性分析
• 3.1.1 C/S 模型
• 3.1.2 CANARY 模型
• 3.2 矢量水听器技术下的海洋环境噪声特性分析
• 3.2.1 矢量C/S 模型
• 3.2.2 矢量CANARY 模型
• 3.3 标量模型向矢量模型推广的一种方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 光纤矢量水听器外场试验数据分析
• 4.1 外场试验概况
• 4.1.1 2003 年黄海海试概况
• 4.1.2 2007 年白鹭湖湖试概况
• 4.1.3 2008 年南海海试概况
• 4.2 试验数据分析
• 4.2.1 指向性测试
• 4.2.2 灵敏度标定
• 4.2.3 测向结果
• 4.2.4 噪声谱级
• 4.2.5 海洋环境噪声特性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论及下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况