Page 187 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 胡园等： 沉底式矢量水听器阵辐射噪声测量系统 183

and real-time transmission of underwater target radiation noise data. The performance of the measurement
system was preliminarily evaluated in Qiandao Lake, demonstrating superior directivity and near-field focusing
capabilities when compared to the sound pressure array with the same aperture. Additionally, it showcased
enhanced spatial gain and exhibited apparent advantages for practical engineering applications in measuring
low-frequency radiation noise from underwater targets.
Keywords: Radiation noise; Vector hydrophone array; Measurement system; Spatial gain

矢量水听器是声压和振速的组合传感器，可同步、
0 引言 共点测量声场中的声压标量和质点振速矢量的各
个正交分量，具有优越的低频性能和抗各向同性非
近年来，水下无人潜航器的高可部署性、隐蔽
相干干扰能力。相比于声压阵，矢量阵构成的单边
性和环境适应性等特点，使其在军事方面具有极大
指向性，也使得在相同的波束宽度下能够获取更高
的应用价值，成为各国海军的重要研究方向 [1] 。为
的空间增益。且由于其偶极子指向性增益不随频率
了提高水下航行器在复杂环境下的生存能力，提升
改变，可用小尺寸矢量传感器阵获得与大尺寸声压
其声隐身性能是首要途径，而辐射噪声声源级是评
线列阵同样增益 [8] ，从而降低了低频测量需阵列孔
估其声隐身性能的基本参数。随着各项减振降噪技
径增大的要求。因此，矢量水听器受到各国的广泛
术的应用，如总体声学设计技术、新型低噪声推进
研究和应用。俄罗斯最早开展声压 -振速组合矢量
技术、消声瓦技术、浮阀技术和隔振技术，水下航行
传感器测量目标辐射噪声的技术研究，并已经形成
器的辐射噪声强度和特征线谱频率不断降低 [2−3] 。
了相应的测量标准；美国在东南阿拉斯加水声试验
水下航行器在水下低速航行时，其辐射噪声主要是
场 (SEAFAC) 测试系统升级中采用了矢量水听器
机械噪声，集中在低频段，因此，水下航行器的低频
阵 [9] 。在国内，哈尔滨工程大学最早使用单矢量水
段辐射噪声测量是工程上需要优先考虑的问题。
听器测量系统进行低噪声目标辐射噪声测量；中国
水下目标辐射噪声的典型测量方式包括三种：
科学院声学研究所和中国船舶重工集团公司第七
单水听器、水听器阵列和矢量水听器 (阵) 。传统
[4]
六〇研究所也相继研制出成套的矢量水听器辐射
的单水听器测量系统，布放简单、回收方便，早期被
噪声测量设备，并具备了实际测量能力。
广泛应用于测量当年高强度目标辐射噪声。随着减
为满足水下航行器低频段辐射噪声较低的测
振降噪技术的发展，当代目标的辐射噪声强度大幅
量需求，本文将提供所设计的一套新型沉底式矢
降低。为满足对低噪声水下目标的测试需求，在传
量水听器阵辐射噪声测量系统，其测量频率范围为
统单水听器测量的基础上，逐步发展了水听器阵列
20 Hz∼2 kHz。该系统小巧灵活、容易组装，可实现
测量系统 [5] 。利用阵列的空间处理增益可以有效抑
水下航行器辐射噪声数据的同步采集、存储和实时
制环境噪声和其他干扰噪声，提高测量信噪比，从而
传输。文中首先对矢量水听器阵辐射噪声测量增益
提高辐射噪声测量性能。目前，采用宽频带、高增益
予以理论分析和仿真计算，接着阐述所设计的矢量
的线列阵进行水下目标辐射噪声测量，已是各国最
水听器阵的辐射噪声测量系统，然后介绍在千岛湖
常用和成熟的测量方式 [6] 。然而，当目标辐射噪声
进行的测量系统性能测试，分析其指向性和近场聚
主要贡献在低频段时，水听器阵列测量会明显出现
焦性能，最后给出本文结论。
一些不足。为了适应低频低辐射噪声测量，要求保
持有足够的测量空间增益，水听器阵列只能通过扩 1 矢量水听器阵低频段测量增益理论分析
大孔径来实现。然而，庞大的阵列体积在实际测量 与仿真计算
中带来了许多问题，如系统布放回收操作复杂，阵形
控制和阵形估计、修正困难等，利用水听器阵列测 为实现低频目标辐射噪声测量，低频段范围为
20 Hz∼2 kHz，需结合辐射噪声实际测量条件，对测
量的工程代价逐渐增大；另外，考虑到测量波束需对
量阵列进行设计。
目标的 “覆盖” 问题，大孔径阵波束带宽变窄，也不
目标辐射噪声测量的基本方程为 [10]
是辐射噪声测量所期望的。为了解决这些问题，矢
量水听器开始逐步应用于目标辐射噪声的测量 [7] 。 S/N = SL − TL − NL + DI, (1)