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声纳浮标对空中声源搅扰的按捺办法研讨

航空反潜是重要的反潜手段之一。目前航空反潜平台使用的声学搜潜设备主要有吊放式声纳和声纳浮标,其中声纳浮标体积小,可携带数量多,效率高,布放和使用方便,与其他搜潜设备兼容性好,被广泛应用在各种航空反潜平

航空反潜是重要的反潜手法之一。现在航空反潜渠道运用的声学搜潜设备首要有吊放式声纳和声纳浮标,其间声纳浮标体积小,可带着数量多,效率高,布放和运用方便,与其他搜潜设备兼容性好,被广泛使用在各种航空反潜渠道上。近年来跟着水听器技能和信号处理技能的开展,声纳浮标在作用间隔,弱信号检测才能以及定位精度等方面均有较大进步。可是反潜飞机作为空中声源,其噪声与潜艇的辐射噪声在频率特性方面十分附近,当反潜飞机低空飞翔或悬停时,其辐射噪声会透过海面在海水中传达,具有弱信号勘探才能的声纳浮标简单遭到其搅扰。

本文假定存在空中噪声搅扰时,以选用单矢量水听器的声纳浮标为使用渠道,经过自适应信号处理技能抵消空中噪声搅扰。以最小均方差错(LMS)准则为根底,提出两种自适应抵消空中噪声的办法,并经过仿真比照研讨两者功能差异。

1 存在空中噪声时声纳浮标的方位估量

以具有典型空中噪声特征的直升机为例,其噪声会对浮标的勘探发生搅扰,原因在于潜艇的水下辐射噪声与直升机噪声特色附近,潜艇噪声包含机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三大类,也是由接连谱噪声和首要会集在低频段(小于1 kHz)的非接连线谱重量所组成,线谱基频首要会集在1~100 Hz频段内。

对存在直升机噪声搅扰的方位估量进行仿真剖析。

仿真1:直升机方位50°,辐射噪声为50~800 Hz的接连谱,叠加基频为65 Hz的8根谐波簇线谱。环境噪声为高斯白噪声,水下干噪比为0 dB.方针方位270°,辐射噪声由基频为45 Hz 的12 根谐波簇线谱,叠加10~600 Hz 的接连谱组成,水下信噪比为0 dB.积分时刻为1 s.

成果标明浮标对方针的方位估量有误差,由搅扰和方针的声能流组成方位,且估量成果倾向能量高的一方。

因为方针和搅扰信号中都具有较强的线谱重量,矢量水听器能够选用直方图和加权直方图法进行方针方位估量,估量成果如图1,图2所示。

由图1,图2可知,当有多个相干声源存在时,若接连谱频带大部分重合,则直方图法的方位估量成果受搅扰影响比较大,不能估量方针方位。为杰出线谱重量的作用,选用加权直方图法时,只需各声源辐射噪声的线谱重量不完全重合,矢量水听器则可完成多方针的方位估量,但不能辨认方针和搅扰。

2 空中噪声搅扰自适应抵消

滤波器是按捺噪声搅扰十分有用的办法。因为潜艇和空中渠道噪声在频带上大部分重合,因而不适合选用参数固定的带阻滤波器按捺噪声搅扰。本文挑选根据LMS法的自适应搅扰抵消器按捺空中噪声。

自适应搅扰抵消需求一个与噪声或与方针信号相关的参阅输入,本文以直升机噪声为搅扰源,别离以直升机空中噪声和以组合振速为参阅输入进行自适应抵消。

2.1 空中渠道噪声为参阅信号

在浮标的水上部分加装一个矢量微音器,实时收集空中噪声,水下部分用矢量水听器接纳潜艇和空中渠道的水下噪声。将微音器接纳的空中噪声信号作为参阅输入。

仿真2:假定二维空间中水下方针方位(-100 m,-500 m);空中渠道为直升机,方位(500 m,300 m);设定直升机空中噪声的信噪比相关于它在水中的信噪比高15 dB.其他条件同仿真1.

信噪比、枯燥比均为0 dB 搅扰抵消后的加权直方图方位估量如图3所示。

由图3 可知直升机停止时此办法可有用按捺其噪声。若直升机别离以10 m/s和20 m/s的速度飞翔,飞机方位不变,航向与矢量水听器x 方向夹角为180°,水下方针航速5 m/s,航向与矢量水听器x 方向同向,空中声速334 m/s,海水中声速1 500 m/s.其他条件同仿真2,成果如图4,图5所示。

图4,图5标明,跟着直升机航速的添加,自适应搅扰抵消的作用越来越差。构成这种成果的根本原因在于空气中声速和海水中声速不同。若声源与接纳点之间存在相对运动时,则信号发生多普勒频移。瞬时频移量为:
式中:c 是声速;v 为声源移动速度;θ 为声源和接纳点连线与声源运动方向在垂直面投影的夹角;α 为声源和接纳点连线与相对运动方向在水平面投影的夹角。因为水中声速要远远大于空中声速,所以空气中的多普勒频移大于水中的频移,并且声源的速度越快,频差越大。关于以空中渠道噪声为参阅输入的抵消法,飞机速度越快则原始信号中搅扰成分与参阅信号的相关性越弱,搅扰抵消作用越差。只要飞机悬停或低速航行时此办法才适用。
2.2 组合振速为参阅信号
与标量水听器不同,矢量水听器的振速具有“8”字形指向性,单个矢量水听器即能够构成波束指向性。
矢量水听器振速和声压可表示为:
引导方位ψ 是vc 的极大值方向也是vs 的零点方向。经过改动ψ 值即可完成在二维平面内电子旋转。
假定浮标在水下收到的方针信号为pq (t) ,直升机噪声为pf (t) ,且方针方位θq ,搅扰方位θf ,代入式(4)得:
若令引导方位ψ = θf ,则sin(θf – ψ) = 0 ,vs 中只含有pq (t)sin(θq – ψ) 成分。以此信号作为参阅输入,构成自适应抵消器,能够完成对空中噪声搅扰的按捺。结构如图6所示。
仿真3:直升机航速30 m/s,其他条件同仿真2.成果如图7所示。
图7标明,以组合振速为参阅输入的抵消办法在直升机高航速状态下,仍然可有用按捺噪声搅扰。
3 定论
本文剖析了空中渠道噪声对声纳浮标的定位发生搅扰的原理,使用根据LMS 的自适应搅扰抵消技能能够按捺噪声搅扰。仿真成果标明:以飞机空中噪声为参阅信号输入的抵消办法受空中和水中信号多普勒差异的影响,只适用于飞机悬停或低速航行时;以组合振速为参阅信号的抵消办法抵消作用不受直升机航速影响。

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