Page 36 - 《应用声学》2021年第5期

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间的推移，能量主要分布的频带逐渐减小，表明随着 在大气传播中衰减较大，因此只有 A 阵采集到此信
传播距离的增加，信号逐渐衰减，且衰减的速率与频 号。在 156 s 之后的时间段，信号能量主要集中在
率的大小呈正相关。 5 Hz 以下，且持续时间较长。图 5(b) 中，与图 5(a)
由图5(a)、图5(b)中框1所示，在次声接收阵采 在0.4 ∼ 5 Hz 的低频上有相似的变化趋势，但在框1
集到信号的初始阶段，除了本底噪声，均存在一个频 和框 2之间，没有明显的信号能量分布，该现象由次
带较宽、能量较大的信号。A 阵距离声源较近，信号 声远距离传播衰减所致。
约在火箭点火后 56 s 到达，由 A 阵与发射点的距离
可求得信号传播的平均速度约为 344 m/s，判断接 表 1 火箭超声速时的参数
收的信号为直达波。B 阵距离声源较远，信号约在 Table 1 Parameters of rocket at tran-
火箭点火后795 s到达，由B阵与发射点的距离可求 sonic and supersonic speeds
得信号传播的平均速度约为 289 m/s，根据经验判
序号 经度/( E) 维度/( N) 速度/(m·s −1 ) 高度/m
◦
◦
断该信号是通过平流层波导传播到达的信号。此阶 1 110.96 19.61 334.0 8910.9
段火箭点火开始爬升，距离地面较近，发动机排气尾 2 110.97 19.61 342.1 9219.7
焰引起剧烈的空气扰动，产生一个较强的次声信号。 3 110.97 19.61 350.4 9529.2
发射初期火箭从静止状态开始做加速运动，速度较
慢，需要较长的时间远离地面，故此阶段引起空气扰 3 次声数据分析
动的现象将持续一段时间，据观察本次火箭发射此
经过对信号时域波形与声谱图的分析，采用
过程持续约12 s。
EMD 做预处理，保留 8 阶固有模态函数 (Intrinsic
图 5(a) 中，在框 1 之后的一段时间内，0.4 ∼
5 Hz 的低频频带能量较低。而在框 2 处，在这个 mode functions, IMF) 分量，EMD 计算量小，且在
低频频带上有明显的能量分布。在火箭点火后 无参考信号的情况下能较好地提高 F-K Fisher 检
60 ∼ 70 s 之间，火箭飞行速度加速至超声速，会产 测算法的分辨能力。对处理后数据做时域 Fisher检
生声爆现象，根据表1 中的数据与阵列的位置，可计 测，得到的结果如图6所示。
算两者距离约为21 km，传播的时间大约为62 s。则 由图 6 所示，检测出 A 阵火箭信号持续时间约
声爆信号会在点火后 122 ∼ 132 s 之间传递至 A 阵， 为560 s，B阵信号持续时间约为400 s。A、B两阵信
与框 2 所在的时间相符。因此可以判断，框 1 为火 号计算的 Fisher 比在开始的一段时间内均有一个
箭点火冲击波激发的低频声信号，框 2 为声爆激发 下降的阶段，结合时域信号波形与声谱图中低频频
的次声信号。在框 1 和框 2 之间，信号主能量分布 带能量较低的区域，判断此段信号中包含火箭运动
在 7 Hz 以上，此时火箭逐渐升高，产生的信号主要 状态的存在差异。信号幅度与能量衰减归因于渐远
由排气尾焰与大气作用产生，其所含频率成分较高， 声源的传播损失。

56 s 795 s
0.5 0.1
ࣨए/Pa -0.5 0 ࣨए/Pa -0.1 0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
80
8
Fisherඋ 40 Fisherඋ 6 4
60
20
0 2 0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a) A᫼ (b) B᫼
图 6 Fisher 检测结果
Fig. 6 The results of Fisher detection