多途效应对螺旋桨噪声调制特性的影响
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中 图分类 号 ： ＴＮ９ １ ７ ； １ ． ２ ＴＮ９ ９ ３ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
在水 中 目标 的辐射 噪声 中 ， 螺旋 桨节 拍对 宽 带辐 射 噪声 存在 着 明 显 的振 幅调 制 ］ 。螺 旋 桨 噪声 调 制 谱
中包含 着 水 中 目标 的许 多重 要信 息 ， 由轴 频线谱 、 频谐 波线 谱 、 轴 叶频 线谱 、 频谐 波线谱 按 一定 规律 分布 组 叶
成， 幅度 以及谐 波 宽度 都存 在一 定规 律 ， 这些 特征 是水 声 目标识 别 的一个 有力 证据 。在 对螺 旋桨 空化 噪声 解 调 分析 时 发现 ， 螺旋 桨 调制 的频 段是 有差 异 的 ， 某些频 段 ， 在 螺旋 桨 目标谐 波结 构发 生 了很 大的 变异 ， 按照 一 般 规 律会 导致 目标 的错 误判 别 ， 纳 设备 、 输信 道 、 源 都 有可 能是 导致 这种 现 象 出现 的原 因 。水 声 信 道 声 传 声
多途效 应对螺旋桨噪声调制特性 的影响
李 海 涛 ，戴 卫 国 ，李 志 文
（ ．海 军潜艇 学院水 声 中心 ，山 东 青 岛 ２ ６ ４ ； ．９ ３ ０部 队 ，山 东 青 岛 ２ ６ ０ ） １ ６０ ４ ２ ２ ３ ６ １ ２ wenku.baidu.com
摘 要 ： 对螺旋 桨 空化 噪 声 解 调 分 析 时 发 现 ， 旋 桨 调 制 的频 段 是 有 差 异 的 ， 某 些 频 在 螺 在 段 ， 旋桨 目标 谐波 结 构发 生 了很 大 的变 异 ， 照 一般 规 律识 别 时会 导 致 目标 的错 误判 螺 按 别 。为 了研 究 多途效 应是 否 是 引起噪 声调 制频 段 差 异 的原 因 ， 用 频 域 截 断法 建 立 了 浅 采 海 水声 信 道模 型 ， 析 了浅海 水声 信道 多 途效应 对 宽频 信号产 生 的影 响 ， 初 步研究 了多 分 并
播途 径 到达 接 收点 的信 号传播 时延 。 假设 一 共有 ２条 途径 对声 场有 贡献 ， 相干 多途 信道 的 系统 函数 为 则
ｈ（ ） 一 （ ）＋ Ａ３（ ～ ｚ － ） （） ２
对其 两边 进行 傅里 叶 变换 ， 得
Ｈ（ ）一 １ Ａｅ ｈ ｆ ＋ … 其 幅 度 函 数 为
涉叠 加 ， 而 产生 复杂 的空 间 干涉 图案 和附加 的滤波 特性嘲 。相 干 多途信 道 的冲激 响应 函数 （ 从 即为声 源发 出
脉 冲时 接收 点接 收到 的波形 ） 为
Ｎ
（ － Ａ （ ） －∑ ｔ ） ３—
ｉ＝ ＝１
（） １
式 中 ， 为声 波传 播途 径 的总数 ； Ｎ Ａ 为声 波沿 第 ｉ 条传播 途 径到 达接 收点 的信 号 幅度值 为 声波 沿第 ｉ 传 条
第 ２ ６卷 第 ３期
２０ １ １年 ９月
青岛大学 学报 （ 程技术 版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ （ Ｉ Ｅ＆Ｔ）
文 赢 编 号 ：１ ０ ～９ ９ （ ０ １ ０ ０ ６ ７ ８ ２ １ ） ３—０ ７ ０ ０—０ ４
空化 噪声 调 制特性 的影 响 。
１ 浅 海水 声 信 道 及 其 系统 函数
浅海 水声 信道 可 以看做 是 Ｎ 径非 时变 的确定性 信 道 ， 文意 在考 察信 道 的多途 特性 对 接 收信 号 的影 响 本
以及 声波 在海 中的传 播损 耗 。在相 干多 途信 道 中 ， 声源 发 出的信 号沿 不 同的路 径到 达接 收点 ， 们互 相 下 从 它
时延 ｒ有关 。
假 设从 声 源处发 射波 形 为 ｚ ￡ ， （） 经过 多途 传播 后 ， 到 达接 收端 的接 收波形 为 则
Ｎ
（）一
一
Ａｆ 一 ） ｚ（
１
（） ５
２ 浅 海 水 声 信 道 多 途 特 性 分 析
本文采 用文 献［ ３ ３ 中的多途 信道 模型 。该 模型 为 典 型浅 海 负 梯 度声 速 分 布 ， 其参 数 为 ： 深 ５ ． 海 海 ４ ９ｍ，
ｌ 厂 — ｌ ＋Ａｅ ＾ ｌ＝￣１ Ａ Ｈ（ ）Ｉ １ ＝ ／ ＋ ＋ ２ ｏ ２ ｆ ） ＝ Ａｃ ｓ（ ｎ ｒ （） ４ 由式 （ ） 以看 出 ， 途径 信 道传 输 函数 的幅 度 函数具 有余 弦波 的形 式 ， ４可 ２条 幅度 首次 到 达最小 时 的频 率 ，与
作为 声波 的传 输信 道 ， 是一 个 时变 、 空变 、 变 的 随机 信 道 ， 主 要 特 征 表 现 为传 播 损 失 、 途 效 应 、 散 效 频 其 多 频
应 。 由于水声 信道 的 多途效 应 ， 螺旋 桨 空化 噪声 会在接 收 端 发生 畸 变 ， 对此 ， 文 研 究 了多途 效 应 对螺 旋 桨 本
面声 速 １４ ５ｍ／ ， ７ ｓ 海底 处声 速 １４ ７ｍ／ ， 源释 放深度 １ ． ０ｒ ， 收点 深度 １ ． 距 离声源 ５ｋ ６ ｓ声 ８３ 接 ｎ ５ ２ｍ， ｍ。假
设 水声 信道 有 ３条路 径 ， 体参 数如 表 １所示 。 具 表 １中所示 多途信 道传 输 函数 的幅频 特性 和相 频特 性 见 图 １所示 。由图 １ 可 知 ， ａ 多途 信道模 型传 输 函数 的 幅频 特性很 像一 个“ 梳状滤 波器 ” 相 间 出现“ 带 ” 止 带” 称 ， 通 和“ ，
途 效应 与 螺旋 桨空 化噪 声调 制不 均匀 特性 之 间 的 关 系 。仿 真 结 果 表 明 ， 过信 道 传 输后 通 信 号调 制 的均匀 性 没有 发生 明显 的变 化 。说 明浅海 多途 传播 不会 造成 螺旋 桨空 化 噪声调
制 深度 的 不 同 。
关键 词 ：多途 效应 ；螺旋 桨 噪声 ； 制深 度 调
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０ １ ５—１ ６
（ ３）
作 者 简 介 ：李海 涛 （ ８一 ， ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向 为 水 声 目标 识 别 １８ ） 男 硕 ９ 主
。
第 ３ 期
李 海涛 ，等 ： 多途 效应 对螺 旋桨 噪声 调制 特性 的影 响
７ １
在水 中 目标 的辐射 噪声 中 ， 螺旋 桨节 拍对 宽 带辐 射 噪声 存在 着 明 显 的振 幅调 制 ］ 。螺 旋 桨 噪声 调 制 谱
中包含 着 水 中 目标 的许 多重 要信 息 ， 由轴 频线谱 、 频谐 波线 谱 、 轴 叶频 线谱 、 频谐 波线谱 按 一定 规律 分布 组 叶
成， 幅度 以及谐 波 宽度 都存 在一 定规 律 ， 这些 特征 是水 声 目标识 别 的一个 有力 证据 。在 对螺 旋桨 空化 噪声 解 调 分析 时 发现 ， 螺旋 桨 调制 的频 段是 有差 异 的 ， 某些频 段 ， 在 螺旋 桨 目标谐 波结 构发 生 了很 大的 变异 ， 按照 一 般 规 律会 导致 目标 的错 误判 别 ， 纳 设备 、 输信 道 、 源 都 有可 能是 导致 这种 现 象 出现 的原 因 。水 声 信 道 声 传 声
多途效 应对螺旋桨噪声调制特性 的影响
李 海 涛 ，戴 卫 国 ，李 志 文
（ ．海 军潜艇 学院水 声 中心 ，山 东 青 岛 ２ ６ ４ ； ．９ ３ ０部 队 ，山 东 青 岛 ２ ６ ０ ） １ ６０ ４ ２ ２ ３ ６ １ ２ wenku.baidu.com
摘 要 ： 对螺旋 桨 空化 噪 声 解 调 分 析 时 发 现 ， 旋 桨 调 制 的频 段 是 有 差 异 的 ， 某 些 频 在 螺 在 段 ， 旋桨 目标 谐波 结 构发 生 了很 大 的变 异 ， 照 一般 规 律识 别 时会 导 致 目标 的错 误判 螺 按 别 。为 了研 究 多途效 应是 否 是 引起噪 声调 制频 段 差 异 的原 因 ， 用 频 域 截 断法 建 立 了 浅 采 海 水声 信 道模 型 ， 析 了浅海 水声 信道 多 途效应 对 宽频 信号产 生 的影 响 ， 初 步研究 了多 分 并
播途 径 到达 接 收点 的信 号传播 时延 。 假设 一 共有 ２条 途径 对声 场有 贡献 ， 相干 多途 信道 的 系统 函数 为 则
ｈ（ ） 一 （ ）＋ Ａ３（ ～ ｚ － ） （） ２
对其 两边 进行 傅里 叶 变换 ， 得
Ｈ（ ）一 １ Ａｅ ｈ ｆ ＋ … 其 幅 度 函 数 为
涉叠 加 ， 而 产生 复杂 的空 间 干涉 图案 和附加 的滤波 特性嘲 。相 干 多途信 道 的冲激 响应 函数 （ 从 即为声 源发 出
脉 冲时 接收 点接 收到 的波形 ） 为
Ｎ
（ － Ａ （ ） －∑ ｔ ） ３—
ｉ＝ ＝１
（） １
式 中 ， 为声 波传 播途 径 的总数 ； Ｎ Ａ 为声 波沿 第 ｉ 条传播 途 径到 达接 收点 的信 号 幅度值 为 声波 沿第 ｉ 传 条
第 ２ ６卷 第 ３期
２０ １ １年 ９月
青岛大学 学报 （ 程技术 版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ （ Ｉ Ｅ＆Ｔ）
文 赢 编 号 ：１ ０ ～９ ９ （ ０ １ ０ ０ ６ ７ ８ ２ １ ） ３—０ ７ ０ ０—０ ４
空化 噪声 调 制特性 的影 响 。
１ 浅 海水 声 信 道 及 其 系统 函数
浅海 水声 信道 可 以看做 是 Ｎ 径非 时变 的确定性 信 道 ， 文意 在考 察信 道 的多途 特性 对 接 收信 号 的影 响 本
以及 声波 在海 中的传 播损 耗 。在相 干多 途信 道 中 ， 声源 发 出的信 号沿 不 同的路 径到 达接 收点 ， 们互 相 下 从 它
时延 ｒ有关 。
假 设从 声 源处发 射波 形 为 ｚ ￡ ， （） 经过 多途 传播 后 ， 到 达接 收端 的接 收波形 为 则
Ｎ
（）一
一
Ａｆ 一 ） ｚ（
１
（） ５
２ 浅 海 水 声 信 道 多 途 特 性 分 析
本文采 用文 献［ ３ ３ 中的多途 信道 模型 。该 模型 为 典 型浅 海 负 梯 度声 速 分 布 ， 其参 数 为 ： 深 ５ ． 海 海 ４ ９ｍ，
ｌ 厂 — ｌ ＋Ａｅ ＾ ｌ＝￣１ Ａ Ｈ（ ）Ｉ １ ＝ ／ ＋ ＋ ２ ｏ ２ ｆ ） ＝ Ａｃ ｓ（ ｎ ｒ （） ４ 由式 （ ） 以看 出 ， 途径 信 道传 输 函数 的幅 度 函数具 有余 弦波 的形 式 ， ４可 ２条 幅度 首次 到 达最小 时 的频 率 ，与
作为 声波 的传 输信 道 ， 是一 个 时变 、 空变 、 变 的 随机 信 道 ， 主 要 特 征 表 现 为传 播 损 失 、 途 效 应 、 散 效 频 其 多 频
应 。 由于水声 信道 的 多途效 应 ， 螺旋 桨 空化 噪声 会在接 收 端 发生 畸 变 ， 对此 ， 文 研 究 了多途 效 应 对螺 旋 桨 本
面声 速 １４ ５ｍ／ ， ７ ｓ 海底 处声 速 １４ ７ｍ／ ， 源释 放深度 １ ． ０ｒ ， 收点 深度 １ ． 距 离声源 ５ｋ ６ ｓ声 ８３ 接 ｎ ５ ２ｍ， ｍ。假
设 水声 信道 有 ３条路 径 ， 体参 数如 表 １所示 。 具 表 １中所示 多途信 道传 输 函数 的幅频 特性 和相 频特 性 见 图 １所示 。由图 １ 可 知 ， ａ 多途 信道模 型传 输 函数 的 幅频 特性很 像一 个“ 梳状滤 波器 ” 相 间 出现“ 带 ” 止 带” 称 ， 通 和“ ，
途 效应 与 螺旋 桨空 化噪 声调 制不 均匀 特性 之 间 的 关 系 。仿 真 结 果 表 明 ， 过信 道 传 输后 通 信 号调 制 的均匀 性 没有 发生 明显 的变 化 。说 明浅海 多途 传播 不会 造成 螺旋 桨空 化 噪声调
制 深度 的 不 同 。
关键 词 ：多途 效应 ；螺旋 桨 噪声 ； 制深 度 调
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０ １ ５—１ ６
（ ３）
作 者 简 介 ：李海 涛 （ ８一 ， ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向 为 水 声 目标 识 别 １８ ） 男 硕 ９ 主
。
第 ３ 期
李 海涛 ，等 ： 多途 效应 对螺 旋桨 噪声 调制 特性 的影 响
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