波达方向估计与结构声辐射表面贡献研究

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识别结构对远场声辐射有贡献的区域，是近年来备受关注的课题。在已知结构对远场影响大的区域后，对这部分结构进行适当地控制可以有效减少所关注的远场声辐射，这不仅可以在生活上减少人们对噪声的困扰，还能从声隐身方面提高潜艇的生存能力。尤其对于水下潜艇，声波作为水下传播信息的唯一途径，声隐身技术对其生存能力尤为重要。对振动表面声辐射的研究，有许多应用。近年来，受到研究者特别关注的是声源定位。声波作为水下传播信息的媒体可以帮助我们对水下目标进行探测、定位、跟踪、识别等。将阵列信号处理引入水声领域代替传统的单传感器，可以极大地降低噪声对信号的干扰并能够对水下远场目标进行精确定位。本文研究有用声强法和非负声强法来识别结构对远场声辐射有贡献的区域，并提出改进算法；本文通过阵列信号处理相关算法实现对声源的定位，并进行相应的改进。本文完成的主要工作如下： (1)将对空气中电磁波定位的算法引入水下声源定位算法中，不计多普勒效应以及水下声道影响，分别推导了MUSIC算法、平滑算法、ESPRIT算法，并拓展到对二维相干信号的处理以及远场和近场信号并存的算法。提出对协方差矩阵进行降噪处理的方法，并采用数值仿真加以验证，所提方法对定位精度稍有改善。 (2)从弹性力学以及有限元理论出发，对以明德林板弯曲理论为基础从有限元角度进行研究，推导振动模态计算方法，得到四边简支薄板固有频率解析解，以四边简支薄板为例，建立有限元模型将所得结果与理论解对比验证所编写程序的准确性。 (3)以超声声强理论为基础，得到识别结构表面对远场有贡献区域的两种方法：有用声强法和非负声强法。其中，对有用声强法从信号处理角度给出合理解释，将所得结果经过截断准则处理分为能传播到远场和不能传播到远场两部分，并提出合理的截断准则判定条件，最终得到结构表面对远场有贡献的区域。对非负声强法进行理论推导，并给出改进后的处理方法，通过改进后的方法能够更好地拟合超声声强法所得结果。最后，利用四边简支薄板模型计算有用声强和非负声强以及改进后的声强与超声声强结果进行对比验证几种方法的适用性，并且得到改进后的方法可以明显地提高识别效果。

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作者
耿宁烨;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科水声工程
授予学位硕士
导师姓名黎胜;
年度 2018
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
波达方向估计; 结构;

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