船舶水下声辐射垂直指向性的分析与探讨
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２ １ 年 ｌ 月 ０２ ０
噪
声
与
振
动
控
制
第５ 期
测 目标 在 不 同 的通 过 时 刻相 对 于 测 量 阵 的 空 间 距
离。
阵元 数据进 行 功率谱 分析 ， 结果 如 图 ６ 示 。 所
１ Ｏ ０
（） ３ 绘制 有效 被测平 面 内的三 维 声压谱群
在 上述 工作 的基础 上 ， 出有 效 被 测平 面 内 的 绘
绘 出相 应 的 垂直 指 向性 曲线 ， 图 ５ 示 ， 出各 如 所 得
图 ７ 总声 级 垂 直 指 向性 分 布
Ｆ ｇ ７ Ｖ ｒｉａ ｉｅ ｔ ｎ ｏ ｔ ｔｌ ｏ ｎ ｖ ｌ ｉ ． ｅ ｔ ｌ ｒ ｃ ｉ ｆ ｏ ａ ｕ ｄ ｌ ｅ ｃ ｄ ｏ ｓ ｅ
点 的空 间分布 规律 。
图 ５垂直指 向性 曲线示意 图
Ｆ ｇ ５ Ｓ ｅｃ ｐ ｏ ｖ ｒｉ ａ ｉ ｃ ｉｎ ｉ ． ｋ ｔｈ ｍａ ｆ ｅｔ ｌ ｒ ｔ ｃ ｄ ｅ ｏ
２ 结 果 分析 及讨 论
由上 述 分 析模 型 和 分 析方 法 ， 对被 测 拖 轮 下方 辐 射 噪声 垂直 指 向性进 行分 析 。首先 对测 量数 据进 行 功 率 谱 分 析 ， 定该 目标船 在 该 种航 行 工 况下 辐 确
２０ ７
声级 强度最 大 点分布 在 目标船 后 部 。但 由于数 据 获 取时， 只有 左侧 桨工 作 ， 且噪 声源 声辐射 在垂 直面 内 具 有方 向性 ， 因而左 舷声辐 射 强度 明显 高于 右舷 ， 右 舷 声辐射 强度 高 于龙骨 下方 。
图 ８中 ａｂ和 ｃ 别是 该 线谱 在 拖 轮艏 部 、 部 、 分 舯 和 艉 部位 置 横 截 面上 的垂 直指 向性 图 。 由图可 知 ，
９ Ｏ
图 ７ 目标 辐 射 噪声 一 定频 段 内总 声级 在 下 方 是
ｎ 譬 ■■■■●， 上标 出的“ 部 ” “ ” Ｏ 的总 声级 的 大小 ， 轴 ０ 计 ’ 艏 、 舯部 和
Ｏ Ｏ ０
的三 维 垂直 指 向性 ， 中用 不 同 的颜 色表 示 以分 贝 图
“ 部” 目标船 相应 位 置 在 Ｙ 上 的投 影 。 由图 可 艉 为 轴 知 ， 被测 工况 下 ， 于 船体 后部 的机 械和 螺旋 桨 为 在 位 较 强 的噪声 源 ， 均对 辐射 声场 的贡 献较 大 。 因此 ， 总
级， 为 修 正后 距 声 中心 Ｒ 处 的 声压 级 ， 。 期 。 Ｒ 为
ｅ｜ 。
望距 离 （ 各 点声压 级修 正到 该距离 ） 将 。
由式 （ ） ８ 的距 离 修 正 公 式对 各 接 收 阵元 测 得 的
辐射 声 压 进 行修 正 ， 推 计 算 出 以船 体 纵 向 中心 线 外 为参 考 点 的这些 截面 内等 距 离 （ 的辐 射声 压值 ， Ｒ ）
线谱 Ｉ 的强度 以艉 部最 大 ， 部最 小 ， 艏 舯部 介 于 二者
之 间 ， 析 认 为 ， 线谱 是 由艉 部 噪 声 源产 生 的， 分 该 而 船 艉最 主要 的噪声源 是 螺旋 桨 ， 因此 可 以判 定线谱 Ｉ
射 噪 声 的 频谱 分 布和 主 要 线谱 等 ， 为后 续 垂 直指 向 性 分析 提 供必 要信 息 。选 择 距离 目标 船最 近 的接 收
如图７ 所示。 —８
（ ）绘制 垂直指 向性 曲线 ４ 利 用垂 直于 船体 纵 向的不 同横 截 面对其 进行 截
取 ， 图 １ 示 。给 出采 用 球 面 扩 展 衰减 的距 离 修 如 所
正 公式
Ｌ ｏ ０ｌ Ｒ一２ ｇ ｐ＝Ｌ ＋２ ｇ ０ｌ Ｒ０
２０ ０
（） ８
式 中 ，Ｊ为 距声 中心 Ｒ（ ， 以ｍ为 单位 ） 测得 的 声压 处
（ 论 是艏部 、 无 舯部 还 是艉部 ） 。
分析［ ． Ｍ】北京 ： 国防 工 业 出 版 社 ， ０４ ２０．
［］ 罗伯特 尤立 克． ２ 汪德昭译 水声 原理 ［ ． 尔滨船舶 工 Ｍ】哈
程 学 院 出版 社 １８ ，６ ．６ ． ９ ５２ ３２ ４
３ 结 语
针 对 该类 水面 目标 的 探测 和 识 别 ， 以上 分析 由
结果可 得 到 以下两 点 ： 一 、 第 以拖 轮为 代表 的 目标辐 射 噪 声 垂 直指 向性 通常 为 非 对称 的 ， 单 桨 开 启状 而
２０ ７
２７ ＯBiblioteka Baidu
ａ艏部截面 ．
ｂ 舯部截 面 ．
图 ８线谱 Ｉ 垂直指 向性 曲线
Ｆ ｇ ８ Ｖｅ ｔ ａ ｉｅ ｔｏ ｆ ｎ —ｐ ｃｒ ｍ ｉ ． ｒ ｃ ｌ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ Ｌｉ ｅ ｓ ｅ ｔ ｉ ｄ ｕ Ｉ
Ｃ 艉部截面 ．
不 大 ， 右 舷 起 伏 较 为 剧 烈 ， 强 度 明显 低 于 左 舷 而 且
由上述 谱 分 析 结 果 ， 取一 定 频 段 内的 总声 级 选
图 ４ 三 维 声 压 谱 群
Ｆ ｇ ４ Ｃｕ ｖ ｓ ｆ Ｄ ｏ ｎ ｐ ｃｒ ｍ ｒ ｓ ｉ ． ｒ ｅ ｓ ｕ ｄｓ ｅ ｔ ｏ ３ ｕ ｐｅ ｓ
和 比较 典型 的特征 线谱 Ｉ 进行 垂直 指 向性分 析 ， 结果
为 螺 旋桨 噪声 线谱 。 由于 只有 左 侧 桨 工作 ， 因而 该 线 谱 左舷 垂 直 指 向性 较 为 平缓 ， 各个 测 点强度 相 差
船舶水 下 声辐射 垂直 指 向性 的分析 与探 讨
７ ５
１ ５
０
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三维 声压 谱群 ， 图４ 如 所示
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∞ 一 Ｏ ｌ ２ ０ ３０
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性
图 ６典型阵元数据 功率谱 图
Ｆｇ ６Ｐ ｗｅ ｅｔ ｌ ｅ ｓｙＰ Ｄ ｏ ｐｃｌ ｙ ｒｐ ｏ ｅ ｉ． ｏ ｒ ｐ ｃ ａ ｄｎｉ （Ｓ ） ｆｙ ｉ ｄｏ ｈ ｎ ｓ ｒ ｔ ｔ ａｈ
噪
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与
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第５ 期
测 目标 在 不 同 的通 过 时 刻相 对 于 测 量 阵 的 空 间 距
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阵元 数据进 行 功率谱 分析 ， 结果 如 图 ６ 示 。 所
１ Ｏ ０
（） ３ 绘制 有效 被测平 面 内的三 维 声压谱群
在 上述 工作 的基础 上 ， 出有 效 被 测平 面 内 的 绘
绘 出相 应 的 垂直 指 向性 曲线 ， 图 ５ 示 ， 出各 如 所 得
图 ７ 总声 级 垂 直 指 向性 分 布
Ｆ ｇ ７ Ｖ ｒｉａ ｉｅ ｔ ｎ ｏ ｔ ｔｌ ｏ ｎ ｖ ｌ ｉ ． ｅ ｔ ｌ ｒ ｃ ｉ ｆ ｏ ａ ｕ ｄ ｌ ｅ ｃ ｄ ｏ ｓ ｅ
点 的空 间分布 规律 。
图 ５垂直指 向性 曲线示意 图
Ｆ ｇ ５ Ｓ ｅｃ ｐ ｏ ｖ ｒｉ ａ ｉ ｃ ｉｎ ｉ ． ｋ ｔｈ ｍａ ｆ ｅｔ ｌ ｒ ｔ ｃ ｄ ｅ ｏ
２ 结 果 分析 及讨 论
由上 述 分 析模 型 和 分 析方 法 ， 对被 测 拖 轮 下方 辐 射 噪声 垂直 指 向性进 行分 析 。首先 对测 量数 据进 行 功 率 谱 分 析 ， 定该 目标船 在 该 种航 行 工 况下 辐 确
２０ ７
声级 强度最 大 点分布 在 目标船 后 部 。但 由于数 据 获 取时， 只有 左侧 桨工 作 ， 且噪 声源 声辐射 在垂 直面 内 具 有方 向性 ， 因而左 舷声辐 射 强度 明显 高于 右舷 ， 右 舷 声辐射 强度 高 于龙骨 下方 。
图 ８中 ａｂ和 ｃ 别是 该 线谱 在 拖 轮艏 部 、 部 、 分 舯 和 艉 部位 置 横 截 面上 的垂 直指 向性 图 。 由图可 知 ，
９ Ｏ
图 ７ 目标 辐 射 噪声 一 定频 段 内总 声级 在 下 方 是
ｎ 譬 ■■■■●， 上标 出的“ 部 ” “ ” Ｏ 的总 声级 的 大小 ， 轴 ０ 计 ’ 艏 、 舯部 和
Ｏ Ｏ ０
的三 维 垂直 指 向性 ， 中用 不 同 的颜 色表 示 以分 贝 图
“ 部” 目标船 相应 位 置 在 Ｙ 上 的投 影 。 由图 可 艉 为 轴 知 ， 被测 工况 下 ， 于 船体 后部 的机 械和 螺旋 桨 为 在 位 较 强 的噪声 源 ， 均对 辐射 声场 的贡 献较 大 。 因此 ， 总
级， 为 修 正后 距 声 中心 Ｒ 处 的 声压 级 ， 。 期 。 Ｒ 为
ｅ｜ 。
望距 离 （ 各 点声压 级修 正到 该距离 ） 将 。
由式 （ ） ８ 的距 离 修 正 公 式对 各 接 收 阵元 测 得 的
辐射 声 压 进 行修 正 ， 推 计 算 出 以船 体 纵 向 中心 线 外 为参 考 点 的这些 截面 内等 距 离 （ 的辐 射声 压值 ， Ｒ ）
线谱 Ｉ 的强度 以艉 部最 大 ， 部最 小 ， 艏 舯部 介 于 二者
之 间 ， 析 认 为 ， 线谱 是 由艉 部 噪 声 源产 生 的， 分 该 而 船 艉最 主要 的噪声源 是 螺旋 桨 ， 因此 可 以判 定线谱 Ｉ
射 噪 声 的 频谱 分 布和 主 要 线谱 等 ， 为后 续 垂 直指 向 性 分析 提 供必 要信 息 。选 择 距离 目标 船最 近 的接 收
如图７ 所示。 —８
（ ）绘制 垂直指 向性 曲线 ４ 利 用垂 直于 船体 纵 向的不 同横 截 面对其 进行 截
取 ， 图 １ 示 。给 出采 用 球 面 扩 展 衰减 的距 离 修 如 所
正 公式
Ｌ ｏ ０ｌ Ｒ一２ ｇ ｐ＝Ｌ ＋２ ｇ ０ｌ Ｒ０
２０ ０
（） ８
式 中 ，Ｊ为 距声 中心 Ｒ（ ， 以ｍ为 单位 ） 测得 的 声压 处
（ 论 是艏部 、 无 舯部 还 是艉部 ） 。
分析［ ． Ｍ】北京 ： 国防 工 业 出 版 社 ， ０４ ２０．
［］ 罗伯特 尤立 克． ２ 汪德昭译 水声 原理 ［ ． 尔滨船舶 工 Ｍ】哈
程 学 院 出版 社 １８ ，６ ．６ ． ９ ５２ ３２ ４
３ 结 语
针 对 该类 水面 目标 的 探测 和 识 别 ， 以上 分析 由
结果可 得 到 以下两 点 ： 一 、 第 以拖 轮为 代表 的 目标辐 射 噪 声 垂 直指 向性 通常 为 非 对称 的 ， 单 桨 开 启状 而
２０ ７
２７ ＯBiblioteka Baidu
ａ艏部截面 ．
ｂ 舯部截 面 ．
图 ８线谱 Ｉ 垂直指 向性 曲线
Ｆ ｇ ８ Ｖｅ ｔ ａ ｉｅ ｔｏ ｆ ｎ —ｐ ｃｒ ｍ ｉ ． ｒ ｃ ｌ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ Ｌｉ ｅ ｓ ｅ ｔ ｉ ｄ ｕ Ｉ
Ｃ 艉部截面 ．
不 大 ， 右 舷 起 伏 较 为 剧 烈 ， 强 度 明显 低 于 左 舷 而 且
由上述 谱 分 析 结 果 ， 取一 定 频 段 内的 总声 级 选
图 ４ 三 维 声 压 谱 群
Ｆ ｇ ４ Ｃｕ ｖ ｓ ｆ Ｄ ｏ ｎ ｐ ｃｒ ｍ ｒ ｓ ｉ ． ｒ ｅ ｓ ｕ ｄｓ ｅ ｔ ｏ ３ ｕ ｐｅ ｓ
和 比较 典型 的特征 线谱 Ｉ 进行 垂直 指 向性分 析 ， 结果
为 螺 旋桨 噪声 线谱 。 由于 只有 左 侧 桨 工作 ， 因而 该 线 谱 左舷 垂 直 指 向性 较 为 平缓 ， 各个 测 点强度 相 差
船舶水 下 声辐射 垂直 指 向性 的分析 与探 讨
７ ５
１ ５
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三维 声压 谱群 ， 图４ 如 所示
“ Ｂ ｄ
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图 ６典型阵元数据 功率谱 图
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