CN111069009A - 一种船舶声学特征智能主动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种船舶声学特征智能主动控制方法，感知传感器探测水面以下船体附近的噪声信号、压力、温度等声学和环境信息，经声学分析与特征提取模块提取所需的船体附近辐射噪声信号和声学态势信息，控制模块根据声学特征和声学态势信息，利用自适应控制算法，产生特定频率和幅值的信号，最后经由驱动模块及换能器实现对声学特征的控制。本发明既可以改变船舶声纹特征，实现欺骗和迷惑对方的声学示假伪装，又可在必要时，实现主动抵消水面以下船体附近的噪声，消减自身声学特征信号，“隐藏”自己，实现智能声隐身，以此有效提高船舶智能主动控制和声隐身性能。

Description

一种船舶声学特征智能主动控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种船舶控制方法，具体地说是船舶声学主动控制方法。

背景技术

随着水下声纳探测技术的发展，声纳的探测能力不断发展，对应声纳的探测频段也向低频扩展。相比于传统控制技术，主动控制技术因可有效控制低频噪声而被用于抑制和削减船舶声学特征，提升船舶的声隐身性能。但在不断发展的水声探测背景下，现有的控制方法不能满足船舶声学隐真示假的伪装需求，难以有效应对日益严峻的水下探测需求。

发明内容

本发明的目的在于提供既可实现声隐身智能伪装，又可实现欺骗和迷惑对方的声学示假伪装的一种船舶声学特征智能主动控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船舶声学特征智能主动控制方法，其特征是：

船体结构表面设置感知传感器，声学分析与特征提取模块对感知传感器拾取的声学和环境参数信号，通过时域、频域分析和信号滤波，提取所需的船体周围辐射噪声信号和声学态势信息，通过声学态势信息判断船舶是否需要进行伪装：

如果需要，则进行声学示假伪装控制：预存储的目标船舶声学特征信号作为期望信号与参考输入信号，由感知传感器拾取并经声学分析与特征提取模块提取的船舶辐射噪声信号与期望信号作差，从而得出误差信号，所得出的误差信号作为控制模块输入，基于自适应滤波的控制算法，自适应更新控制滤波器权系数，控制模块产生控制信号，经驱动模块驱动换能器发射噪声信号，产生特定频率和幅值的目标船舶噪声信号，实现声学示假伪装，之后，感知传感器重新拾取水下船体结构周围振动和噪声；

如果不需要，则进行船体周围辐射噪声抵消控制：由感知传感器拾取并经声学分析与特征提取模块提取的船体周围辐射噪声信号作为误差信号，用于控制模块的输入，利用基于自适应滤波的控制算法，自适应更新控制滤波器权系数，控制模块产生控制信号，经驱动模块驱动换能器发射噪声，抵消水面以下船体周围噪声，实现船舶的声学隐身，之后，感知传感器重新拾取水下船体结构周围振动和噪声等声学信息。

本发明还可以包括：

1、感知传感器分散布置在水面以下的船体结构上，换能器分散布置在水面以下的船体表面上，换能器的数量和分布不依赖于感知传感器。

本发明的优势在于：在传统提升船舶声隐身性能的传统主动控制方法中，控制器的输出信号中仅仅包含抵消水面以下船体附近噪声的控制信号，使探测器无法探测到船舶自身信号，实现声学隐身。而本发明中提供的一种船舶声学特征智能主动控制方法，不仅可以实现声隐身，而且还可以利用自适应控制算法产生特定频率和幅值的控制信号，由换能器发射噪声信号，使探测器无法探测到船舶自身频率特征信号的同时，探测到根据自身需要产生的特定频率的噪声信号，以实现欺骗和迷惑对方的声学示假伪装。

附图说明

图1为控制系统模型图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，船舶声学特征智能主动控制系统模型如图1所示，包括感知传感器1、声学分析与特征提取模块2、控制模块3、驱动模块4和换能器5。多个感知传感器1和换能器5分散布置于船体结构表面，二者的数量和分布相对独立。声学分析与特征提取模块2，控制模块3，驱动模块4采用集成化、模块化设计、多组并联使用。

a)感知传感器1拾取船舶振动噪声、压力、温度等声学和环境参数信号，并将所述信号传输至声学分析与特征提取模块2；

b)声学分析与特征提取模块2按需求分析原始信号并从中提取船体附近辐射噪声信号和声学态势信息，提供给控制模块3；

c)控制模块3利用自适应控制算法，产生特定频率和幅值的信号，将所述信号传输给驱动模块4；

d)驱动模块4将输入信号放大，并传输至换能器5；

e)换能器5按照驱动模块4的输入发射噪声信号。

控制模块3可根据控制需求，既能够同时产生消减水面以下船体附近噪声的信号及特定频率和幅值的信号，也能够单独分别产生消减水面以下船体附近噪声的信号及特定频率和幅值的信号。

感知传感器1和换能器5，由智能控制系统集中控制，实行多目标同步优化。

自适应控制算法，既可产生特定频率和幅值的信号，经船舶表面布置的换能器5发射噪声信号，改变船舶声纹特征，实现欺骗和迷惑对方的声学示假伪装，又可在必要时，实现主动抑制消减水下船体附近的噪声，消减自身声学特征信号，“隐藏”自己，实现智能声隐身。

感知传感器1有多个，分散布置在水面以下的船体结构上。换能器5有多个，分散布置在水面以下的船体结构上，换能器5的数量和分布不依赖于感知传感器1。

结合图1与图2，本发明船舶声学特征智能主动控制方法具体如下：

感知传感器1分布在船体结构表面，探测压力、温度等环境参数信号,拾取水下船体结构附近振动和噪声等声学信息，声学分析与特征提取模块2对感知传感器1拾取的声学和环境参数信号，通过时域、频域分析和信号滤波，提取所需的船体附近辐射噪声信号和声学态势信息，船体附近辐射噪声信号用于误差信号的合成，声学态势信息用于判断船舶是否需要进行伪装，如果需要，则进行声学示假伪装控制：预存储的目标船舶声学特征信号作为期望信号与参考输入信号，由感知传感器1拾取并经声学分析与特征提取模块2提取的船体附近辐射噪声信号与期望信号作差，以得出误差信号。所得出的误差信号作为控制模块3输入，利用基于自适应滤波的控制算法，自适应更新控制滤波器权系数。控制模块3产生控制信号，经低耗、高效和具有优异输出特性的驱动模块4驱动换能器5稳定高效工作，发射噪声信号，产生特定频率和幅值的目标船舶噪声信号，实现声学示假伪装。感知传感器1重新拾取水下船体结构附近振动和噪声等声学信息。如果不需要，则进行船体附近辐射噪声抵消控制：由感知传感器1拾取并经声学分析与特征提取模块2提取的船体附近辐射噪声信号作为误差信号，用于控制模块3的输入，利用基于自适应滤波的控制算法，自适应更新控制滤波器权系数。控制模块3产生控制信号，经驱动模块4驱动换能器5发射噪声，抵消水面以下船体附近噪声，实现船舶的声学隐身。感知传感器1重新拾取水下船体结构附近振动和噪声等声学信息。换能器5安装于船体，分布于结构表面，是智能主动控制系统的执行机构，可根据控制模块3和驱动模块4的输出信号，发射噪声信号，改变船舶声学特征，实现声学隐真示假伪装。智能控制系统采用集成化、模块化设计，实行多目标同步优化。

换能器5作用在船体结构表面，根据控制需要，直接发射噪声信号，产生特定频率和幅值的目标船舶噪声信号或产生抵消船体结构附近辐射噪声的噪声信号。

Claims (2)

1.一种船舶声学特征智能主动控制方法，其特征是：

船体结构表面设置感知传感器，声学分析与特征提取模块对感知传感器拾取的声学和环境参数信号，通过时域、频域分析和信号滤波，提取所需的船体周围辐射噪声信号和声学态势信息，通过声学态势信息判断船舶是否需要进行伪装：

如果需要，则进行声学示假伪装控制：预存储的目标船舶声学特征信号作为期望信号与参考输入信号，由感知传感器拾取并经声学分析与特征提取模块提取的船舶辐射噪声信号与期望信号作差，从而得出误差信号，所得出的误差信号作为控制模块输入，基于自适应滤波的控制算法，自适应更新控制滤波器权系数，控制模块产生控制信号，经驱动模块驱动换能器发射噪声信号，产生特定频率和幅值的目标船舶噪声信号，实现声学示假伪装，之后，感知传感器重新拾取水下船体结构周围振动和噪声；

如果不需要，则进行船体周围辐射噪声抵消控制：由感知传感器拾取并经声学分析与特征提取模块提取的船体周围辐射噪声信号作为误差信号，用于控制模块的输入，利用基于自适应滤波的控制算法，自适应更新控制滤波器权系数，控制模块产生控制信号，经驱动模块驱动换能器发射噪声，抵消水面以下船体周围噪声，实现船舶的声学隐身，之后，感知传感器重新拾取水下船体结构周围振动和噪声等声学信息。

2.根据权利要求1所述的一种船舶声学特征智能主动控制方法，其特征是：感知传感器分散布置在水面以下的船体结构上，换能器分散布置在水面以下的船体表面上，换能器的数量和分布不依赖于感知传感器。

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