船舶水下辐射噪声特性研究

舰船辐射噪声特征建模随着舰船的不断升级和发展，舰船辐射噪声也成为了一个重要的研究领域。

辐射噪声是指舰船在航行过程中，由于机器设备、人员活动等因素产生的声波传播所形成的噪声。

这种噪声会严重影响到舰船的战斗效能、自身的安全性和舰员的作业环境。

建立一个科学性的舰船辐射噪声特征模型，对减少噪声污染、提高舰船作战效能具有重要意义。

在舰船辐射噪声特征建模方面，首先需要对辐射噪声进行采集。

采集噪声时可以选择在不同的时间、不同的航速、不同的航向等情况下进行，这样可以得到更加全面的噪声特征。

为了保证采集的数据准确性，还需要保证采集的设备具有较高的灵敏度和准确性。

可以选择专业的声学计量仪来进行采集，同时还可以结合专业的软件进行处理和分析。

在采集完噪声数据之后，需要对数据进行整理和分析。

在分析中，可以使用分析方法对噪声进行特征提取和分类。

例如，可以通过能量法、谐波分析法、小波分析法等方法来对噪声进行分析和分类。

在分析的同时，还需要考虑到舰船的不同运行状态、不同船舶结构等因素对噪声特征的影响。

这些因素的影响需要通过对数据的对比和分析来进行评估。

在建立噪声特征模型时，需要依据上述分析结果来制定相应的特征模型。

特征模型需要考虑到噪声的频率、强度、时域波形、频域波形等因素，同时还需要结合船舶结构和航行状态的特征。

这些因素在模型的选择和设计中都需要进行综合考虑，才能得到一个科学有效的噪声特征模型。

最后，需要对建立的噪声特征模型进行验证和测试。

可以选择不同的数据集进行测试，以保证模型的准确性和可靠性。

在测试中还需要考虑到各种实际情况的影响，例如不同季节的环境噪声、不同航速的噪声等。

只有对模型进行充分的验证和测试，才能得到一个真正可行的噪声特征模型。

总之，建立舰船辐射噪声特征模型是一个复杂的过程，需要综合考虑不同的因素。

只有通过科学的方法进行分析、建模、验证，才能得到一个真正有用和可行的特征模型。

这个模型将有助于保障舰艇的安全性和作战效能，也有助于保护舰员的工作环境和身体健康。

第32卷第10期2010年10月舰 船 科 学 技 术SH I P SC I E NCE AND TEC HNOLOGY V o.l 32,No .10Oc.t ,2010水下辐射噪声快速预报方法研究李 兵,戴 江,苗金林,林 立(中国舰船研究院,北京100192)摘 要: 实现水下辐射噪声的在线预报,需要提高预报方法的快速性与准确性。

为此,开展水下辐射噪声快速预报方法研究,研究在不同频段采用不同预报方法,低频段的边界元方法采用系数矩阵预存技术可极大地减少预报时间,高频段经过特征参数敏感性分析以及辐射效率混合公式的确立,保证了统计能量法的预报精度。

经过舱段模型的仿真计算和试验测量对比,表明该快速预报方法准确可行。

关键词: 快速预报;矩阵预存;特征参数;辐射效率中图分类号: TB56 文献标识码: A文章编号: 1672-7649(2010)10-0054-03DO I :10 3404/j issn 1672-7649 2010 10 014Research on fast predictm ethod for under water radiation noiseLI B ing ,DA I Ji a ng ,M IAO Ji n -li n ,LIN L i(Ch i n a Ship R esearch and D evelopm ent Acade m y ,Beiji n g 100192,Ch i n a)Abst ract : W h ile pred ict the online under w ater radiated no ise ,the speed i n ess and accuracy o f the predictm et h ods are needed to i m prove .For t h is purpose ,th is paper did so m e research in fast pred icti o n m ethod o f under w ater radiated no ise ,the study adopt d ifferent m ethods i n different frequency ,in the l o w erfrequency band ,BE M is adopted ,and coeffic i e ntm atri x pre -reser vati o n is applied wh ich cou l d save m ost of the ti m e ,in the h i g h frequency band,characteristi c para m eter sensitiv ity analysis and the rad iation effic i e ncy for m ulasm ainta i n the pred iction accuracy of high -frequency pred i c ti o n .The prediction is certificated by the m odel experi m en,t wh ich sho w s the validity of this m ethod .K ey w ords : fast predic;t coeffic ient m atrix pre -reservation;characteristic para m eter ;rad i a ti o n effic i e ncy收稿日期:2010-04-12;修回日期:2010-04-30作者简介:李兵(1982-),男,硕士,助理工程师,主要从事常规潜艇声隐身研究工作。

一种水下目标辐射噪声特征提取方法探讨摘要：本文在分析目标辐射噪声特点的基础上，利用一种改进的高频噪声解调分析（DEMON）方法进行目标线谱提取，在提取线谱的过程中，首先利用小波变换进行DEMON谱融合得到明显的DEMON线谱，然后通过频域周期图法对DEMON谱进行净化，以便可靠地提取线谱。

仿真及试验结果验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词：特征提取；线谱；目标识别；小波变换1 引言[1]被动声呐是依靠舰船、潜艇、鱼雷等辐射的噪声信号来识别目标的，利用目标辐射线谱对目标进行分类识别是水声信号处理领域一个重要的研究内容。

水下目标的辐射噪声中携带了目标的许多重要信息，舰船、潜艇和鱼雷是良好的水下声源，均辐射连续谱及其一系列线谱[1-3]。

这些线谱的调制频率及调制深度与螺旋桨转动的轴频、叶片频率及航速有关，如何对这些调制线谱进行准确提取，对于有效推算水中目标的速度和判别目标类型具有重要意义。

大量的数据分析表明，通过高频宽带噪声解调分析（DEMON）能够获得线谱信息，近年来利用DEMON谱识别水声目标受到了人们的普遍关注[4]，但该方法在实际应用中仍存在许多不足，如解调质量差以及自动化特征提取困难等，影响了DEMON谱方法的实际使用。

为了提高解调效果与质量，本文提出了一种基于小波变换及ZFFT频率细化技术相结合的噪声特征提取方法。

该方法首先利用小波包进行分频，对不同频段解调出的DEMON谱进行融合，得到明显的DEMON线谱。

然后，经过线谱净化使DEMON线谱更加清晰，在此基础上提取目标的调制特征。

仿真及试验结果表明，本文提出的算法对于噪声线谱提取具有可行性和有效性，对水下目标识别具有重要的应用价值。

2 目标线谱提取过程2.1 ZFFT算法原理水声测量中，通常用FFT方法进行参数估计，然而对于一些对频率测量要求比较高的场合，存在FFT分析的分辨率不够，从而导致信号的重要频域信息被遗漏的现象[5]，所以本文提出了利用ZFFT进行高分辨率谱分析的解决方案。

第二章船舶辐射噪声及计算方法船舶辐射噪声是指船舶在运行过程中产生的噪声，主要由发动机、机器设备、涡轮机、推进器以及水动力与气动力的相互作用引起。

船舶辐射噪声对海洋生物生存和水下声纳系统的正常工作都会造成一定的影响，因此对船舶辐射噪声的研究与控制具有重要意义。

船舶辐射噪声的计算方法包括理论计算、试验测量和数值模拟等。

其中，理论计算是通过建立船舶辐射噪声的数学模型，计算船壳振动、流体动力与辐射噪声的关系，从而得到辐射噪声的预测值。

试验测量是利用实际船舶进行噪声测量，通过分析测得的噪声数据，获得船舶辐射噪声的特性参数。

数值模拟则是利用计算机对船舶辐射噪声的产生过程进行模拟，通过对流体动力与结构振动的相互作用进行计算分析，得到辐射噪声的预测结果。

船舶辐射噪声的计算方法需要考虑以下几个方面：2.流体动力：船舶在航行中会产生流体动力，包括湍流、压力波动等，这些流体动力会对船壳产生激励，引起振动。

因此需要对流体动力进行分析，可以利用计算流体力学方法模拟船舶流体动力，计算出激励力。

3.节流噪声：船舶的推进器在工作时会产生节流噪声，即推进器排放水体中的废水形成的压力波。

节流噪声的计算需要考虑推进器的结构和工作参数，可以利用试验测量和数值模拟方法进行计算。

4.水动力与气动力的相互作用：船舶在航行中会受到水流和风力的作用，这些力的作用会对船壳产生激励，引起振动和辐射噪声。

因此需要考虑水动力与气动力的相互作用，并进行相应的计算分析。

总之，船舶辐射噪声的计算方法是通过分析船壳振动、流体动力与辐射噪声的相互作用关系，进行理论计算、试验测量和数值模拟，得到辐射噪声的预测和分析结果。

这些方法可以用于船舶噪声控制的设计和优化，从而减少船舶对海洋生物和水下声纳系统的影响。

实验三海洋环境噪声的测量及频谱分析本实通过对现有舰船辐射噪声采集数据进行处理，得到某一实验过程海洋环境噪声的分布规律，并将所得结果作图表示。

一、实验目的1、了解以舰船辐射噪声为代表的海洋环境噪声的基本特性。

2、掌握基本的时-频处理方法。

3、以实测数据为例，通过上机操作，达到一定的实际训练。

二、实验仪器计算机三、实验原理1、海洋噪声的来源海洋噪声的来源是多方面的，总的归纳起来有几大类：(1) 动力噪声：由、涌、浪引起低频压力脉动，水中引起的压力起伏，以及海浪拍岸的噪声，雨噪声等。

(2) 冰下噪声：由冰层运动引起的碰撞、摩擦和破裂的噪声，以及不平整的冰层表面与大气、海流相互作用的噪声。

(3) 生物噪声：由海洋动物所引起的各式各样的声音。

(4) 地震噪声:由地震、火山爆发以及海啸产生的噪声。

(5) 工业噪声：由人类的各种活动所引起的噪声。

如船舶航行的噪声，港口作业噪声，海底作业噪声等。

以上这些噪声源各有其自己的频谱特性。

通过频谱分析，不但可以了解声源信息，如根据海洋噪声探测海上风浪的情况，还可以根据海洋噪声场的特性，提高水声器材的抗干扰性能。

因此，有必要进一步了解水下噪声场的谱特性。

2、船舰噪声的谱特性舰船在水中运动时，将辐射噪声，其来源有下列三个方面：(1) 机械噪声：主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动，它通过船壳辐射到海中。

(2) 螺旋桨噪声：螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声、及它的划水声和涡流声。

(3) 水动力噪声：水流过船壳产生的摩擦声及附件产生共振辐射的声音。

在多数情况下，机械噪声和螺旋桨噪声是主要的。

图5-1是典型的舰船噪声图谱。

在低频段，谱级随频率增高而增大。

在100~1000Hz之间出现一个峰值，主要是由于空化噪声产生的，峰值位置取决于舰船的航速。

在此频段以后，以大约每倍频程6dB的坡度下降。

另外还可以看到，在低频段出现一些线谱，它是机械噪声和螺旋桨“叶片速率”的谱线，早高频端这些谱线被连续谱掩盖，所以从图上看不到。

含负泊松比超材料构件的潜艇振动与声辐射性能分析一、潜艇振动与声辐射性能的重要性潜艇在水下作战时需要保持较低的噪音水平，以免被敌方声呐探测到。

潜艇的振动与声辐射性能直接影响其隐蔽性和作战效果。

提高潜艇的振动与声辐射性能是潜艇设计中的重要课题之一。

传统的潜艇结构多采用金属材料，其特点是强度高、刚度大，但密度相对较大，且存在共振频率较低的问题，易受外界水流的激励而产生较大的振动和噪音。

寻求新的材料和结构设计方案以提高潜艇的振动与声辐射性能势在必行。

二、负泊松比超材料在潜艇中的应用负泊松比超材料是一种新型材料，其泊松比小于零，具有优异的抗振动和隔声性能。

由于其独特的力学特性，负泊松比超材料在潜艇结构中的应用备受关注。

1. 应用方向负泊松比超材料可以用于潜艇的结构构件，如船体、隔音板等，以减小结构的共振响应和提高隔声性能，有效减少潜艇的振动和噪音。

2. 特点负泊松比超材料具有轻质、高强度、高阻尼、优异的隔声性能等特点，能够显著改善潜艇的振动与声辐射性能。

负泊松比超材料还具有良好的耐腐蚀性能，适合在水下环境中长期使用。

1. 振动性能分析含负泊松比超材料构件的潜艇在水下作战时，能够显著降低结构的共振响应，减小振动幅值。

通过有限元分析和模态分析等方法，可以评估构件的振动特性，验证负泊松比超材料在减振方面的效果。

3. 总体性能评估将振动性能和噪音性能综合考虑，可以对含负泊松比超材料构件的潜艇进行总体性能评估。

通过与传统结构进行对比分析，验证负泊松比超材料在提高潜艇振动与声辐射性能方面的优势。

四、结论含负泊松比超材料构件的潜艇在振动与声辐射性能方面具有明显的优势。

其能够有效降低潜艇的振动和噪音水平，提高潜艇的隐蔽性和作战效果。

在潜艇设计中，应重视负泊松比超材料的应用，结合有限元分析、模态分析、声辐射计算和水下试验等手段，全面评估含负泊松比超材料构件的性能，为潜艇振动与声辐射性能的提升提供技术支持和理论指导。

水下目标辐射噪声多维特征分析技术的开题报告一、研究背景和研究意义水下目标辐射噪声是水下探测中非常重要的信号源，对于水声探测、目标识别及跟踪等领域具有重要意义。

在水下工程中，目标辐射噪声的探测与识别是实现有效探测、辨识、跟踪和定位等技术的基础，然而传统的水下目标辐射噪声分析技术单一且对于一些新型目标的特征分析效果有限，针对这一问题，本文提出了水下目标辐射噪声多维特征分析技术。

二、研究内容和技术路线本文的研究内容主要包括以下几个方面：1、分析水下目标辐射噪声的特征及其影响因素，建立多维特征分析模型；2、以目标辐射噪声为基础，结合深度神经网络模型，建立水下目标自动识别模型；3、针对目标辐射噪声在水下传播受到多种复杂环境因素影响的情况，设计有效的噪声特征去噪算法，提高识别率。

4、利用该技术对于水下目标辐射噪声进行分析和实验，验证该技术的有效性及应用价值。

技术路线如下：1、分析水下目标辐射噪声的特征并系统地建立多维特征分析模型。

2、基于分析结果，采用深度神经网络（DNN）构建水下目标自动识别模型。

3、针对目标辐射噪声在水下传播中的影响因素，创新性地设计去噪算法，并通过算法，提高识别率。

4、实验验证该技术的有效性及应用价值。

三、预期成果1、建立基于多维特征分析技术的水下目标辐射噪声分析模型；2、设计一个高精度的目标自动识别模型，提高水下目标识别的准确率；3、针对目标辐射噪声在水下传播中的影响因素，创新性地设计去噪算法，提高识别率；4、通过以上成果，为水声探测、目标识别及跟踪等领域提供技术支撑。

四、研究方案和进度安排1、阅读相关文献，形成并确定研究思路及技术路线；2、完成水下噪声分析系统的搭建及检测设备等，为数据分析提供数据基础；3、设计并建立基于深度神经网络的水下目标自动识别模型；4、基于多维特征分析技术及去噪算法，系统地建立针对干扰的水下目标识别算法；5、数据采集、实验及结果评估，完成论文撰写并进行答辩。

航空母舰水下噪声对海洋生态系统的影响研究近年来，随着军事科技的发展和军备竞赛的加剧，全球范围内的海洋环境面临着严峻的威胁。

其中一个主要问题是航空母舰水下噪声对海洋生态系统的影响。

本文将从多个方面探讨这一问题，包括噪声的来源、对海洋生态系统的危害，以及可行的缓解措施。

一、航空母舰水下噪声的来源航空母舰是现代海战的主要作战平台，船体庞大，动力系统强大，同时搭载着各类战斗机和直升机，其机动性和火力威力可谓是其他军舰所不能比拟。

然而，这些作战平台在输送军事力量的同时，也造成了巨大的水下噪声污染。

首先，航空母舰船体的机械声和涡流噪声是其主要的水下噪声来源。

大量的推进器、泵和飞行甲板的制造钢板会对舰体和海水造成巨大振动，形成低频声波。

其次，各类飞机起飞和降落的噪声也是航空母舰水下噪声的重要组成部分。

舰载机的发动机滑油温度高、飞行器飞行时的耗油以及舰艏叶片挥网筛也产生了高噪声。

除了航空母舰本身的噪声外，其可搭载各类作战武器，如水下声纳、鱼雷和导弹，这些武器也会产生巨大的水下噪声污染。

特别是先进的声纳系统，不仅能够探测到潜艇等敌方目标，而且可以提高对目标的信号识别度和跟踪性，但也会产生强大的水下噪声，对海洋生态环境造成重大破坏。

二、航空母舰水下噪声对海洋生态系统的危害如前所述，航空母舰水下噪声的本质特征就是其低频噪声的强度。

海洋生态系统内的生物种类繁多，包括各种鱼类、哺乳动物、爬行动物和无脊椎动物。

这些生物的生命活动都需要借助水的传导和传输，而低频噪声正是最容易传导的噪声类型之一。

首先，低频噪声会对鱼群的迁徙和性行为带来严重干扰。

许多鱼类使用声音进行通讯和协调活动。

例如，秋刀鱼发射出尖锐的鸣叫声来组织游泳方向，形成大规模的鱼群。

低频噪声会混淆这些信号和方向，导致鱼群失去方向感，甚至分散或被噪声海域中没有食物的鱼群干扰吞食。

这样就会直接影响到鱼类的补充和繁殖，威胁海洋渔业资源的可持续发展。

其次，航空母舰水下噪声的强度过大可以引起一些海洋哺乳动物如鲸、海豹的生理变化，从而威胁着它们的生存。