一種基于光纖水聽器陣列的噪聲測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水下噪聲測量領域,涉及一種水下航行體的輻射噪聲測量裝置及測量方法,特別是一種可以對水下航行體輻射噪聲源的分布情況進行近場全息、實航動態測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]水下航行體的輻射噪聲對其性能及使命任務的完成具有重大影響,為實現減震降噪,設計和制造廠商進行大量的研宄工作,并采取了許多技術措施,但對其效果的評價及主要噪聲源的定位研宄仍缺乏全面有效的手段。
[0003]目前一般對水下航行體輻射噪聲測量方法主要有三類,第一類是采用基于遠場測量的方法,該方法用標準水聽器在距離被測目標足夠遠的位置(滿足水聲場的遠場條件),測量水下航行體的的總噪聲級,這種方法將一個數十米甚至上百米長的水下航行體視為一個點聲源,雖然可以評價其總輻射噪聲級,但無法區分其輻射噪聲的部位和噪聲源分布情況;第二類是采取近場掃描方法,用一個水聽器線列陣沿水下航行體表面一定距離進行掃描測量,可以獲得噪聲源在被測目標體上的分布情況,但該方法必須在航行體處于系泊狀態才能進行,因此其測量結果無法準確反映水下航行體在真實航行狀態下以及各種航速情況下的噪聲源分布;第三類采用在水下航行體表面加裝多個振動傳感器,通過測量航行體殼體的機械振動情況,從而間接推測其輻射噪聲情況,該方法可以進行實航動態測量,但機械振動和輻射噪聲之間的關系受多種因素的影響,其間接推算的測量結果的準確性和可信性尚不能滿足要求。目前尚無一種可以實現近場、全息、實航動態、直接測量的噪聲測量方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:針對現有輻射噪聲測量技術的不足,以及水下航行體減震降噪研宄和裝備性能評價的迫切需求,提出一種水下航行體的輻射噪聲測量裝置及測量方法,本發明能夠在實航狀態下對水下航行體進行動態全息的輻射噪聲測量,為水下航行體等目標的主要噪聲源的定位研宄以及減震降噪效果的評價提供全面有效的手段。
[0005]本發明為實現上述目的而采用的技術方案是:
[0006]一種基于光纖水聽器陣列的噪聲測量裝置,包括水下航行體、光纖水聽器平面陣、水下平臺、四個水下聲信標、數據采集和傳輸系統,數據采集和傳輸系統由測量船的數據采集系統、復合纜絞車、光電復合纜組成,其特征在于:光纖水聽器平面陣固定在水下平臺上,四個水下聲信標分別安裝在水下平臺四個角上,光纖水聽器平面陣通過光電復合纜與測量船的數據采集系統相連,光電復合纜由復合纜絞車收放,復合纜絞車放置在測量船上,水下航行體在水下聲信標指引下在布有光纖水聽器平面陣下面的水中航行。
[0007]所述的光纖水聽器平面陣由至少3條光纖水聽器線列陣和安裝支架組成,將所有光纖水聽器線列陣等間距排列固定在安裝支架上形成纖水聽器平面陣。
[0008]所述的光纖水聽器線列陣由至少8個等間距排列的光纖水聽器組成。
[0009]所述的水下平臺由水下平臺框架結構、四個浮力筒、四個深度調節裝置、四個錨系組成,所述的水下平臺框架結構為承力的桁架鋼結構,四個浮力筒分別置于桁架鋼結構的四個角上,每個浮力筒上安裝一個深度調節裝置,每個錨系的錨索與深度調節裝置相連。
[0010]所述的深度調節裝置為卷揚機,容纜量150m,速度0.5m/s。
[0011]所述的錨系由2噸2爪的抓力錨、IT的重力錨和錨索組成,錨索為不銹鋼鋼索,長度 150mo
[0012]利用權利要求上述的基于光纖水聽器陣列的噪聲測量裝置的測量方法,其特征在于按以下步驟進行:首先在預定試驗海區進行布錨,將四個錨系按150mX50m距離成矩形布放,然后將光纖水聽器平面陣和四個水下聲信標安裝在水下平臺上,并用拖船拖帶到試驗海區,水下平臺的四個角分別通過每個錨系的錨索相連,再用光電復合纜將水下平臺的光纖水聽器平面陣和測量船相連,連接完成后,啟動水下平臺上的深度調節裝置,將光纖水聽器平面陣沉放到預定深度,并將姿態調平到水平位置,然后通知被測的水下航行體按照水下聲信標指示的方位航行通過測量區域,完成實航動態全息噪聲測量。
[0013]在距離測量船附近設一個錨泊浮球,將光電復合纜掛接在錨泊浮球上;便于確定沉底布放的光電復合纜位置和走向。
[0014]本發明采用基于光纖水聽器的矩形平面陣列結構作為噪聲測量傳感器。光纖水聽器平面陣的陣元數應足夠多,實際數量取決于系統設計要求的聲源定位分辨率,光纖水聽器具有相對較高的靈敏度,以及較好的大規組陣性能,同時具有體積小、重量輕、成本低等優點。為便于工程實施,光纖水聽器平面陣采用等間距排列的光纖水聽器線列陣組成,每條水聽器線列陣由多個等間距排列的光纖水聽器基元組成。為方便噪聲數據處理分析,一般應采用縱橫間距相等的布陣方法,即線列陣排列間距和水聽器排列間距相等,排列間距根據系統設計要求的測量頻率范圍確定,一般排列間距應小于最小測量波長的1/2。因水下航行體的深度控制精度相對較高,為減少風險,避免與水下平臺發生碰撞,光纖水聽器平面陣采用水平布放方法,水下航行體從光纖水聽器平面陣上面通過進行測量。同時為減少海底聲反射對噪聲測量結果的影響,光纖水聽器平面陣還應懸浮在距海底一定高度。
[0015]為便于使用,使可實現的實航動態全息噪聲測量系統成為一個可移動的系統,該發明采用一個活動的矩形的水下平臺作為光纖水聽器平面陣的安裝基礎平臺。水下平臺為正浮力結構,可浮于水面并由拖船拖帶到目標試驗海區,正浮力結構還可使其在用外力將其拉入水面以下時保持懸浮狀態。到達預定測量作業海域后,水下平臺采用四角錨系方法進行位置固定,水下平臺固定錨系設四個,每個錨系由I個抓力錨、I個重力錨、以及I根錨索組成。水下平臺沉入水下的深度調節及姿態調平采用調整連接錨系的錨索長度的方法實現,深度調節裝置設有4個,分布位于水下平臺的四個角,深度調整裝置一般采用卷揚機實現。
[0016]為在測量過程中,使被測的水下航行體按預定航路準確通過光纖水聽器平面陣的測量區域,該發明采用一種在水下平臺上安裝水下聲信標實現對被測水下航行體的導航和定位,引導被測水下航行體通過光纖水聽器平面陣的測量區域。水下聲信標有四個,選用成熟的市場產品,分別安裝在矩形的水下平臺的四個角,被測水下航行體通過接收這四個水下聲信標的發射信號,通過分析計算可實現對光纖水聽器平面陣的定位。
[0017]該發明采用基于水面測量船的數據采集和長距離的光電復合纜實現水下光纖水聽器平面陣和測量數據采集系統的連接和信息傳輸。光電復合纜采用負浮力的鋼絲鎧裝光電復合纜,光電復合纜采用沉底布放方法,且沿水下航行體航路的垂直方向布放,以避開被測水下航行體的安全航路范圍。為保持安全距離并減少測量船的噪聲對測量結果的干擾和影響,光纖水聽器平面陣與測量船之間的距離應為被測水下航行體尺度的10倍以上。
[0018]本發明能夠在實航狀態下對水下航行體進行動態全息的輻射噪聲測量,給出具有可操作性的從水聽器平面陣、水下平臺、目標導航定位、信息傳輸等完整的實現方法,可彌補現有輻射噪聲測量技術和方法的不足,滿足水下航行體減震降噪研宄和裝備性能評價的迫切需求,具有良好的實用價值和社會效益。
【附圖說明】
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