CN107941326A - 一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统及测量方法，属于舰船辐射噪声测量技术领域，包括干端平台及湿端平台，干端平台主要用于信号调理、信号采集、数据处理以及时统同步，包括信号调理装置、数据采集存储装置、数据处理软件、时统装置、同步测距信号发射装置和工作方舱；湿端平台主要用于测量信号接收、同步信号发射，并将接收到的信号输出给干端平台，包括十六元测量水听器直线阵、同步测距换能器、信号传输电缆、支撑钢架结构、浮球和锚块，十六元测量水听器直线阵为主要的采集舰船辐射噪声的装置。本发明公开的测量方法简单便捷，进一步提高了系统的测量能力，能够克服实际工程当中某些低噪声工况无法准确测量的难题。

Description

一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统及测量方法
技术领域
本发明属于舰船辐射噪声测量技术领域，具体涉及一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统及一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量方法。
背景技术
舰船是维护现代海洋安全的重要设备，其重要特性隐身性能的提高主要取决于舰船减振降噪技术的发展，舰船辐射噪声的精确测量可以为其减振降噪提供必要的数据支持，从而提高舰船的声隐身性能，提高舰船的作战能力。舰船辐射噪声测量分为码头系泊条件下的测量以及航行状态下的测量。码头系泊条件下的噪声测量可以针对舰船各个机械设备运行状态产生的辐射噪声进行细致分析，准确查找噪声源，为舰船进一步的减振降噪提供指导意见。
由于近年减振降噪技术的迅速发展，某些机械设备振动产生的辐射噪声已经远低于海洋背景噪声，传统的测量手段已无法准确获得某些低噪声工况下的辐射噪声数据。因此发明新的码头系泊条件下舰船辐射噪声测量系统对解决实际工程中测量能力问题具有重要的意义和价值。
目前，国内进行舰船辐射噪声测量工作的主要集中在大连760研究所，码头系泊条件下依靠的是多只声压水听器构成的测量系统，各个声压水听器针对舰船机械噪声重点部位单独测量。由于近年减振降噪技术的迅速发展，各个主要机械设备的噪声已大为降低，使得传统的测量手段已无法准确获得某些低噪声工况下的辐射噪声数据。国内外都在积极寻找新的噪声测试方法，例如：于2011年12月由刘兴章等发表的论文“美国东南阿拉斯加潜艇水声试验场测量设施分析及改进综述”和于2011年12月由王大海等发表的论文“美国大西洋水下测试评估中心测量设施分析”均指出利用矢量水听器可以从一定程度上弥补噪声测量能力的不足，这是今后该方向研究的重点。于2016年4月由朱良明等发表的论文“基于光纤矢量水听器的浅海噪声矢量场特性研究”和于2016年3月由杜敬林发表的论文“水下目标低频辐射噪声矢量声场干涉测试分析”在矢量声场测试与分析技术方面取得了一定进展。但是，目前的矢量测试方法与系统是围绕远场辐射测量开展的，基于系泊状态下的矢量近场测量系统还未见报道。因此发明新的码头系泊条件下舰船辐射噪声测量系统对解决实际工程中测量能力问题具有重要的意义和价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对现有码头系泊噪声测量系统缺陷，在能够满足系统测量要求的同时，提高噪声测量能力并解决某些低噪声工况无法准确测量难题的系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统及测量方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明公开了一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，由干端平台及湿端平台组成，干端平台包括信号调理装置1、数据采集存储装置2、数据处理软件3、时统装置4、同步测距信号发射装置5和工作方舱6，其中信号调理装置1后连接数据采集存储装置2，数据采集存储装置2与数据处理软件3相连接，时统装置4分别连接数据采集存储装置2与发射装置5，信号调理装置1、数据采集存储装置2、数据处理软件3、时统装置4与同步测距信号发射装置5全部位于工作方舱6中；湿端平台包括十六元测量水听器直线阵、同步测距换能器8、信号传输电缆9、支撑钢架结构10、浮球11和锚块12，十六元测量水听器直线阵又包括八个单矢量水听器7和八元矢量水听器阵13，其中同步测距换能器8通过第一信号传输电缆91与同步测距信号发射装置5相连接，十六元测量水听器直线阵通过支撑钢架结构10、浮球11和锚块12固定在被测船附近的水域中，通过第二信号传输电缆92与信号调理装置1相连接。
对于一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，所述的十六元测量水听器直线阵中的八个单矢量水听器7和八元矢量水听器阵13并排分布，成一条直线，整个十六元测量水听器直线阵通过支撑钢架结构(10)安装于浮球11链之下，浮球11链各处与被测船的距离相同，首尾两端分别由锚块12固定在水中。
对于一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，所述的八元矢量水听器阵13由八只矢量水听器形成聚焦测量阵，同时具有聚焦测量及单点测量的能力，八元矢量水听器阵13与单矢量水听器7可根据测试大纲及测量工况灵活组装为水下测量阵。
对于一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，所述的十六元测量水听器直线阵距被测船的距离为10米或25米。
本发明还公开了一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量方法，干端平台内设备进行信号调理、信号采集、数据处理以及时统同步，湿端平台内设备接收测量信号并发射同步信号，之后将接收到的信号输出给干端平台，其具体的实现步骤包括：
(1)初始化舰船辐射噪声矢量测量系统，调节同步测距换能器8与十六元测量水听器直线阵等深水位，并正对于其中一个矢量水听器；
(2)时统装置4输出时统信号到数据采集存储装置2及同步测距信号发射装置5，数据采集存储装置2开启采集功能，同步测距信号发射装置5按照测距要求发射测距脉冲信号；
(3)测距脉冲信号通过传输电缆9传输至湿端平台中的同步测距换能器8，同步测距换能器8输出测距脉冲信号到十六元测量水听器直线阵；
(4)十六元测量水听器直线阵中的单矢量水听器7或八元矢量水听器阵13接收测距脉冲信号后获取被测船和测量基阵之间的距离，并采集舰船辐射噪声，之后将测距信号及舰船辐射噪声经传输电缆9传输至干端平台中的信号调理装置1，信号调理装置1对接收的信号进行调理、滤波、放大预处理，之后将处理过的信号发送给数据采集存储装置2；
(5)数据采集存储装置2对预处理后的信号进行量化与采集，并将所采集数据进行存储；
(6)数据处理软件3对存储的数据进行后置处理与数据分析，得出距离测量结果，最终得出测量分析结果。
本发明的有益效果在于：本发明公开的这种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统及测量方法采用矢量水听器组成测量系统，与传统声压噪声测量系统相比，本系统采用多只矢量水听器在外场测量，既可以采用单只矢量水听器进行测量，也可以将多只矢量水听器形成矢量测量阵，利用矢量聚焦波束形成技术对准重点部位测量，测量方法更加便捷，进一步提高了系统的测量能力，能够克服实际工程当中，某些低噪声工况无法准确测量的难题。
附图说明
图1为本发明中系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统的结构示意图；
图2为本发明中系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
结合图1，本发明公开了一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，测量对象为实验舱段，测量系统由干端平台及湿端平台组成，干端平台包括信号调理装置1、数据采集存储装置2、数据处理软件3、时统装置4、同步测距信号发射装置5和工作方舱6，其中信号调理装置1后连接数据采集存储装置2，数据处理软件3内置于数据采集存储装置2中，时统装置4分别连接数据采集存储装置2与发射装置5，信号调理装置1、数据采集存储装置2、数据处理软件3、时统装置4与同步测距信号发射装置5全部位于工作方舱6中；湿端平台包括十六元测量水听器直线阵、同步测距换能器8、信号传输电缆9、支撑钢架结构(10)、浮球11和锚块12，十六元测量水听器直线阵又包括八个单矢量水听器7和八元矢量水听器阵13，其中同步测距换能器8通过第一信号传输电缆91与同步测距信号发射装置5相连接，十六元测量水听器直线阵通过支撑钢架结构(10)、浮球11和锚块12固定在被测船附近的水域中，通过第二信号传输电缆92与信号调理装置1相连接。
干端平台用于信号调理、信号采集、数据处理以及时统同步，信号调理装置1用于信号调理、放大，接收来自湿端平台的测量信号，并将调理、放大后的信号输出给数据采集存储装置2；数据采集存储装置2用于将模拟信号数字化并进行采集与存储，其输入端为信号调理装置1，所存储的数据由数据处理软件3处理；数据处理软件3用于对数据采集存储装置所存储的数据进行后置处理，得出测量分析结果；时统装置4用于提供时间统一标签，使数据时间对齐，连接着数据采集存储装置2与同步测距信号发射装置5；同步测距信号发射装置5在得到时统装置4提供的时统信号，按照测距要求发射测距脉冲，用于获取被测船和测量基阵之间的距离，其输入端为时统装置4，输出端为湿端平台的同步测距换能器8。
湿端平台用于接收测量信号并发射同步信号，之后将接收到的信号输出给干端平台，十六元测量水听器直线阵用于接收测量信号，可分为两部分，其中一部分由八只矢量水听器形成聚焦测量阵，具有波束形成能力，同时具有单点测量功能。另一部分则由8个具有单点测量功能的矢量水听器组成。在实际使用中，根据测试大纲和测量工况，可灵活组装构成水下测量阵。聚焦测量阵可用于重点舱段的噪声测量，一方面具有空间选择性，一方面可以提高噪声测量能力。其输出端为干端平台的信号调理装置1；同步测距换能器8用于发射同步测距脉冲，脉冲信号由十六元测量水听器直线阵接收，以达到测距目的，其输入端为干端平台同步测距信号发射装置5；信号传输电缆9用于连接干端平台与湿端平台，传输测量信号与同步测距信号；支撑钢架结构10用于保护湿端平台的矢量水听器；浮球11用于固定十六元测量水听器直线阵水下姿态；锚块12用于保持十六元测量水听器直线阵水下姿态稳定。
结合图2，在机械设备噪声较高工况下，可采用各矢量水听器独立工作模式，湿端平台中8个单矢量水听器7置于距被测船距离25米处水中，由浮球11、锚块12固定和稳定单矢量水听器7的水下姿态，组成组合直线阵，同步测距换能器8吊放于船头与组合直线阵等深水位、正对某一个所述单矢量水听器7处，单矢量水听器7与同步测距换能器8均由信号传输电缆9连接至干端平台中的信号调理装置1与同步测距信号发射装置5。
时统装置4提供时间统一标签，同时控制数据采集存储装置2开始采集以及同步测距信号发射装置5生成测距脉冲信号，测距脉冲信号由信号传输电缆9传输至湿端平台中的同步测距换能器8，同步测距换能器8发射测距脉冲信号，测距脉冲信号由单矢量水听器7接收，经传输电缆9传输至干端平台中的信号调理装置1，信号调理装置1对测距脉冲信号进行调理、滤波、放大预处理，预处理后的信号由数据采集存储装置2进行量化与采集，并将所采集数据进行存储，所存储数据由数据处理软件3进行后置处理与数据分析，得出距离测量结果，完成距离测量；同时，舰船辐射噪声由单矢量水听器7接收，经信号传输电缆9传输至干端平台中的信号调理装置1，信号调理装置1对测量信号进行调理、滤波、放大预处理，预处理后的信号由数据采集存储装置2进行量化与采集，并将所采集数据进行存储，所存储数据由数据处理软件3进行后置处理与数据分析，最终得出测量分析结果。
实施例2
实施例2与实施例1相同，其区别在于：
在机械设备噪声较低的工况下，采用多矢量水听器阵处理工作模式，湿端平台中八元矢量水听器阵13置于距被测船距离10米处水中，由浮球11、锚块12固定和稳定八元矢量水听器阵13的水下姿态，组成组合直线阵，所述同步测距换能器8吊放于船头与组合直线阵等深水位、正对某一个所述8元矢量水听器阵13处，8元矢量水听器阵13与同步测距换能器8均由信号传输电缆9连接至干端平台中的信号调理装置1与同步测距信号发射装置5。
干端平台中信号调理装置1连接数据采集存储装置2，数据采集存储装置2内置数据处理软件3，时统装置4分别连接数据采集存储装置2与同步测距信号发射装置5。
时统装置4提供时间统一标签，同时控制数据采集存储装置2开始采集以及同步测距信号发射装置5生成测距脉冲信号，测距脉冲信号由信号传输电缆9传输至湿端平台中的同步测距换能器8，同步测距换能器8发射测距脉冲信号，测距脉冲信号由八元矢量水听器阵13接收，经传输电缆9传输至干端平台中的信号调理装置1，信号调理装置1对测距脉冲信号进行调理、滤波、放大预处理，预处理后的信号由数据采集存储装置2进行量化与采集，并将所采集数据进行存储，所存储数据由数据处理软件3进行后置处理与数据分析，得出距离测量结果，完成距离测量；舰船辐射噪声由八元矢量水听器阵13接收经信号传输电缆9传输至干端平台中的信号调理装置1，信号调理装置1对测量信号进行调理、滤波、放大预处理，预处理后的信号由数据采集存储装置2进行量化与采集，并将所采集数据进行存储，所存储数据由数据处理软件3进行后置处理与数据分析，最终得出测量分析结果。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，其特征在于：由干端平台及湿端平台组成，干端平台包括信号调理装置(1)、数据采集存储装置(2)、数据处理软件(3)、时统装置(4)、同步测距信号发射装置(5)和工作方舱(6)，其中信号调理装置(1)后连接数据采集存储装置(2)，数据采集存储装置(2)与数据处理软件(3)相连接，时统装置(4)分别连接数据采集存储装置(2)与发射装置(5)，信号调理装置(1)、数据采集存储装置(2)、数据处理软件(3)、时统装置(4)与同步测距信号发射装置(5)全部位于工作方舱(6)中；湿端平台包括十六元测量水听器直线阵、同步测距换能器(8)、信号传输电缆(9)、支撑钢架结构(10)、浮球(11)和锚块(12)，十六元测量水听器直线阵又包括八个单矢量水听器(7)和八元矢量水听器阵(13)，其中同步测距换能器(8)通过第一信号传输电缆(91)与同步测距信号发射装置(5)相连接，十六元测量水听器直线阵通过支撑钢架结构(10)、浮球(11)和锚块(12)固定在被测船附近的水域中，通过第二信号传输电缆(92)与信号调理装置(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，其特征在于：所述的十六元测量水听器直线阵中的八个单矢量水听器(7)和八元矢量水听器阵(13)并排分布，成一条直线，整个十六元测量水听器直线阵通过支撑钢架结构(10)安装于浮球(11)链之下，浮球(11)链各处与被测船的距离相同，首尾两端分别由锚块(12)固定在水中。
3.根据权利要求1所述的一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，其特征在于：所述的八元矢量水听器阵(13)由八只矢量水听器形成聚焦测量阵，同时具有聚焦测量及单点测量的能力，八元矢量水听器阵(13)与单矢量水听器(7)可根据测试大纲及测量工况灵活组装为水下测量阵。
4.根据权利要求1所述的一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量系统，其特征在于：所述的十六元测量水听器直线阵距被测船的距离为10米或25米。
5.一种系泊条件下舰船辐射噪声矢量测量方法，其特征在于，干端平台内设备进行信号调理、信号采集、数据处理以及时统同步，湿端平台内设备接收测量信号并发射同步信号，之后将接收到的信号输出给干端平台，其具体的实现步骤包括：
(1)初始化舰船辐射噪声矢量测量系统，调节同步测距换能器(8)与十六元测量水听器直线阵等深水位，并正对于其中一个矢量水听器；
(2)时统装置(4)输出时统信号到数据采集存储装置(2)及同步测距信号发射装置(5)，数据采集存储装置(2)开启采集功能，同步测距信号发射装置(5)按照测距要求发射测距脉冲信号；
(3)测距脉冲信号通过传输电缆(9)传输至湿端平台中的同步测距换能器(8)，同步测距换能器(8)输出测距脉冲信号到十六元测量水听器直线阵；
(4)十六元测量水听器直线阵中的单矢量水听器(7)或八元矢量水听器阵(13)接收测距脉冲信号后获取被测船和测量基阵之间的距离，并采集舰船辐射噪声，之后将测距信号及舰船辐射噪声经传输电缆(9)传输至干端平台中的信号调理装置(1)，信号调理装置(1)对接收的信号进行调理、滤波、放大预处理，之后将处理过的信号发送给数据采集存储装置(2)；
(5)数据采集存储装置(2)对预处理后的信号进行量化与采集，并将所采集数据进行存储；
(6)数据处理软件(3)对存储的数据进行后置处理与数据分析，得出距离测量结果，最终得出测量分析结果。
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