Page 195 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 程玉胜等： 水声被动目标识别技术挑战与展望 655

表 1 频率和波束宽度的关系 斜螺旋桨使得调制谱特征有了很大的降低，部分工
Table 1 Relation between frequency and 况下完全没有调制谱特征，使得基于调制谱的桨叶
beam width 数判别变得极其困难。
1.3.2 潜艇减振降噪使得低频线谱特征显著降低
频率/Hz 10 20 40 80
船舶辐射噪声线谱是识别目标的重要特征。据
波束宽度/( ) 30.3 15.0 7.5 3.7
◦
统计，50% 左右的水面船舶具有明显的线谱。船舶
辐射噪声线谱通常由螺旋桨旋转产生的叶片速率
1.3 船舶降噪对识别带来的影响
线谱、机械噪声线谱以及结构振动产生的线谱组成，
1.3.1 水面船舶降噪使得调制谱特征显著降低 部分情况下，由于机械旋转不平衡或往复不平衡等

为了降低水面舰艇被水下潜艇声呐探测的概 因素，也会产生轴频线谱 [18] 。而对于潜艇来说，减
率，水面舰艇大量使用了降噪技术，其中重要一项措 振降噪是永恒的主题，这些线谱都在通过结构设计、
施是使用侧斜螺旋桨。侧斜螺旋桨的使用不仅降低 工艺设计、使用减振装置等不断降低。从长远来看，
了潜艇对其声呐探测距离，同时也降低了对其识别 这些线谱是有可能被 “消灭” 掉的，或减得很弱。如
的特征。图 1 给出了使用普通螺旋桨和侧斜螺旋桨 果真是这样，所有基于线谱探测的识别技术都失去
水面船舶辐射噪声的调制谱，从图 1 中可以看出，侧 了根基。

22.1
ࣨए/dB 18.3
14.5
10.7
6.9
3.1
1200
0 200 400 600 800 1000 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
ᣁᤴ/(rSmin -1 )
(a) ௿ᤰᛃ஽ೇ
12.9
10.4
ࣨए/dB 7.9
5.3
2.8
0.2
0 200 400 600 800 1000 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
1200
ᣁᤴ/(rSmin -1 )
(b) Οபᛃ஽ೇ

图 1 普通螺旋桨和侧斜螺旋桨船舶辐射噪声调制谱
Fig. 1 Modulation spectrum of ship radiated noises of general propeller and side-inclined propeller

1.4 低频线谱识别能力问题 (±0.5 Hz) 有 n 根是一致的，则认为第 i 号模板与第
1.4.1 线谱匹配识别方法 j 号样本部分匹配，匹配率 w ij = n/m；如果线谱模

线谱匹配识别通过对目标具有的线谱和建立 板含 3 根线谱，其中 2 根与样本一致，则认为第 i 号
的模板库进行匹配识别完成的。模板是根据对一定 模板与第 j 号样本部分匹配，匹配率 w ij = 0.66；如
数量船舶线谱的分布统计而建立的，而模板匹配目 果3 根与样本全都一致，则认为第 i 号模板与第 j 号
的是寻找出与待识别目标线谱与模板一致的过程。 样本完全匹配，匹配率 w ij = 1。当第 i 号模板与所
假设待识别样本个数为 N，第 i 号线谱模板含 有 N 个样本进行比对之后，即可得到第 i 号模板匹
N
m 根线谱，用此模板与 N 个样本进行比对。如果第 1 ∑
配率W i = w ij 。
i 号模板与第 j 号样本所含频率在误差允许范围内 N j=1