水聲目標(biāo)信號(hào)的主要聲源及目標(biāo)特征

水中目標(biāo)輻射噪聲及特征

水中目標(biāo)的輻射噪聲組成復(fù)雜，是艦艇中多種噪聲源與其所處的水介質(zhì)共同作用后產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。水中目標(biāo)主要輻射噪聲源包括：推進(jìn)器、轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)式機(jī)械、各種泵等。它們產(chǎn)生噪聲的機(jī)理各不相同，因此輻射噪聲的特征也比較復(fù)雜，主要包括機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲等。目標(biāo)的機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和目標(biāo)空間行為狀態(tài)對(duì)應(yīng)的噪聲變化是水中目標(biāo)輻射噪聲信號(hào)的主要特征來(lái)源。

機(jī)械噪聲特征及提取

機(jī)械噪聲是指艦船上各種機(jī)械的振動(dòng)源激勵(lì)水中船體，并通過(guò)船體向水中輻射而形成的水下噪聲，是艦船輻射噪聲在低頻段的主要成分。機(jī)械噪聲的聲源多且復(fù)雜，而寬帶信號(hào)疊加窄帶信號(hào)的信號(hào)形式很容易受到環(huán)境、多目標(biāo)干擾以及海洋信道影響，甄選出可以遠(yuǎn)距離傳播以及具有物理機(jī)理支持的特征具有現(xiàn)實(shí)意義。

殼體振動(dòng)引起的輻射噪聲與目標(biāo)尺寸、材料、形狀相關(guān)，表現(xiàn)為功率譜上的低頻線譜成分，可采用基于薄殼振動(dòng)及模態(tài)分解理論的殼體振動(dòng)模型進(jìn)行分析。目標(biāo)的瞬態(tài)信號(hào)有撞擊產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)，也有因設(shè)備間歇性運(yùn)行帶來(lái)的脈沖式信號(hào)，可采用彈簧衰減器系統(tǒng)線性疊加的多模態(tài)振動(dòng)模型進(jìn)行分析。殼體振動(dòng)信號(hào)和目標(biāo)瞬態(tài)信號(hào)等與目標(biāo)平臺(tái)屬性和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，是良好的分類識(shí)別特征。

水中目標(biāo)推進(jìn)噪聲特征

螺旋槳是水中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的常見(jiàn)推進(jìn)器，螺旋槳噪聲是由水中旋轉(zhuǎn)的螺旋槳激勵(lì)并輻射的噪聲，包含了螺旋槳的轉(zhuǎn)速和葉片數(shù)等信息。雖然水聲目標(biāo)并非按照螺旋槳的特征來(lái)分類，但是不同類型目標(biāo)的螺旋槳參數(shù)和工況往往存在明顯差異。因此，螺旋槳相關(guān)特征是進(jìn)行目標(biāo)區(qū)分的重要判據(jù)。

螺旋槳噪聲是一種寬帶輻射噪聲，非均勻流場(chǎng)中槳葉旋轉(zhuǎn)又對(duì)螺旋槳噪聲進(jìn)行了周期調(diào)制，使螺旋槳噪聲信號(hào)的包絡(luò)幅度產(chǎn)生周期起伏。螺旋槳噪聲的產(chǎn)生與螺旋槳結(jié)構(gòu)和航行中空化狀態(tài)密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)螺旋槳噪聲信號(hào)的包絡(luò)分析可以獲取螺旋槳轉(zhuǎn)速和螺旋槳葉片數(shù)等信息。

目標(biāo)的空間及行為特征

在水聲環(huán)境中，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和空間位置也是目標(biāo)分類識(shí)別的重要特征。目標(biāo)的深度位置、航速、各種工況及其變化狀態(tài)都會(huì)反映在目標(biāo)輻射噪聲的變化中。

目標(biāo)的方位距離信息包含在聲吶陣列的時(shí)空采樣數(shù)據(jù)中，通過(guò)陣列處理可解算出目標(biāo)空間位置參數(shù)。淺海信道的多路徑效應(yīng)或者不同的簡(jiǎn)正波模式疊加有時(shí)會(huì)在功率譜上產(chǎn)生類梳狀的結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的輻射噪聲信號(hào)?LOFAR?譜產(chǎn)生強(qiáng)弱分明的干涉條紋，包含了不同深度運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)空信息。

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