Page 45 - 《应用声学》2020年第4期
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第 39 卷 第 4 期          宁江波等: 近场聚焦逆波束形成的 UUV 平台噪声自适应抵消                                        531


                 结合A的坐标以及深度h可得B 的坐标:                                  10
                           (
                       b = − (L/2 + R) cos α, 0,                       0
                                             ) T
                           2h + (L/2 + R) sin α  .     (16)
                                                                     -10
                 下 面 分 析 海 面 反 射 噪 声 所 在 方 位 的 影 响                  ᝈए/(°)
             因 素, 分 析 表 明 横 滚 角 γ 的 影 响 很 小, 假 设                     -20
                                                                                  η, α=-10°   ψ, α=-10°
             γ = 0,有 cos γ = 1,sin γ = 0,那么结合式 (11)、                 -30          η, α=-5°    ψ, α=-5°
                                                                                  η, α=0°     ψ, α=0°
             式 (13)、式 (14) 可得第 1 号阵元和第 M 号阵元的坐                                    η, α=5°     ψ, α=5°
                                                                                  η, α=10°    ψ, α=10°
             标分别为                                                    -40
                 
                        (                      ) T                         50  100  150  200  250  300  350  400
                           L cos α      L sin α
                 
                  T 1 =  −       , −r, −        ,                                    ງए/m
                 
                              2            2
                 
                                                       (17)                图 6  海面反射噪声方位分析
                         (                  ) T
                          L cos α    L sin α
                                                               Fig. 6 Angle analysis of noise reflected by sea surface
                  T M =         , −r,         .
                 
                             2          2
                 UUV 在水下航行时,一般情况下 r 要小于 B                      3 仿真实验
             的 Z 轴坐标,海面反射噪声的方位可利用图 5 中的
                                                               3.1  模型仿真分析
             O-xz 平面进行近似分析,图5 中虚线圆圈表示右舷
                                                                   下面根据模型仿真分析平台尾部自噪声源的
             侧阵在该平面上的投影。
                                                               直达噪声与海面反射噪声对舷侧阵的影响,分别考
                                                               虑 UUV 的横滚角、纵倾角和深度,在远场平面波
                       B
                                 z
                                                               假设下,利用常规波束形成得到方位谱形成方位历
                                                               程图。
                                                  ๒᭧
                                           ψ                   3.1.1 横滚角变化
                                                   x
                          η                   M
                                      ⊲⊲⊲                          横滚角服从 γ ∼ U(−10 , 10 ) 的均匀分布,
                                                                                               ◦
                                                                                           ◦
                                   O
                                
                                                              h = 5 m,α = 0 ,仿真结果如图 7 所示,其中
                                                                                ◦
                   A
                                                   ๒अ
                                                               图 7(a) 为横滚角随时间变化图,图7(b) 和图 7(c) 分
                        图 5  海面反射噪声传播分析                        别为直达噪声与海面反射噪声的方位历程图。
                Fig. 5 Propagation analysis of the sea reflection
                of propeller noise
                                                                    50            50           50
                                           ˆ
                                                      ˆ
                 设 B 在平面波假设下方位为 θ B ,有 ψ < θ B <
                                           ˆ
             η,通过分析 ψ 和 η 以间接分析 θ B ,结合式 (16)、                      100          100           100
                                                                   ௑ᫎ/s         ௑ᫎ/s          ௑ᫎ/s
             式 (17)可得
                          ( 2h+R sin α+L sin α  )  π               150          150           150
               η=α+atan                        − ,
              
              
                                  R cos α         2
                                                       (18)
                             (            )
                              2h + R sin α    π                    200          200           200
               ψ = α + atan                −   .
              
                              (L + R) cos α    2
                 图6 给出了在一定 α 值下,η 和ψ 随h 的变化情
                                                                    250          250           250
                           ˆ
             况:当h一定时,θ B 只由α决定;当α一定时,在浅水                               -5 0 5       -50 0 50     -50 0 50
                                                                      ഷ໔ᝈ γ/(°)      வͯ/(°)        வͯ/(°)
                            ˆ
                                               ˆ
             区域,h 的变化对 θ B 的影响很显著,且θ B 出现在偏
                                                                      (a) ഷ໔ᝈ      (b) ᄰ᣺٪ܦ    (c) ๒᭧Ԧ࠱٪ܦ
                                      ˆ
             尾部区域,但随着 h 的增大,θ B 逐渐趋于一个常数,
                                           ˆ
             例如当 α = 0 时,随着 h 的增加,θ B 会无限的趋近                           图 7  横滚角变化下的噪声方位历程图
                         ◦
                                                                  Fig. 7 The bearing time record of noise under the
             于0 ,即UUV的正横方向。
                ◦
                                                                  change of roll angle
   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50