[发明专利]强非线性介质中声波能量抑制的参数选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是非线性声学领域中的一种强非线性介质中声波能量抑制的参数选择方法。

背景技术

水下噪声是限制水声设备性能的水下声音。其中目标辐射噪声是被动声纳系统的声源，系统就是接收这种噪声来实现目标检测。人们可以根据辐射噪声的特性，采取适当的降噪措施，以提高自身的隐蔽性，这在水声中显得尤其重要。基于以上原因，目前不论在理论还是工程设计上，声波能量抑制的研究都有着十分重要的地位。随着当代科学技术发展，大量的非线性问题出现在生产实践中。非线性声学中，声传播的叠加原理已经不再适用，同时传播的声波会发生相互作用。因此利用非线性声学来降低信号的能量已成为一个新颖的研究热点。

文献“Nonlinear absorption of sound by sound at the interaction of waves with multiple frequencies.Acoustical Physics，2007，53（2）：152-157.”运用频谱展开的方法研究了当强泵波的频率是弱信号波频率的倍数时，两波产生非线性作用，使信号波的幅度下降，达到降噪的效果。但是上述研究没有结合非线性参数来讨论对声波互作用的影响。尤其非线性参数是非线性声学中最重要的一个物理量，它衡量了声波在介质传播过程中产生的非线性效应大小。很多介质的非线性参数都很大，例如造影剂的非线性参数至少为300，Wu与Zhu测得含气泡水介质的非线性参数是纯水数量级的5-6倍。而由于强的非线性效应会引起声波互作用更加深化，因此研究非线性参数对声波能量的影响是十分必要的。

文献“在强无规噪声场中有规声能量的抑制。声学学报，1984,9:129-133”根据Fenlon理论对水介质中的声波非线性相互作用问题进行了理论分析与实验研究，提出了利用低频强声抑制高频弱声的方法。众所周知船舶辐射噪声可以看成是强低频线谱和弱连续谱的叠加。而低频信号在水中不易衰减，因此如何利用高频泵波来降低低频信号的能量是值得研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对低频声能量有最佳抑制效果的强非线性介质中声波能量抑制的参数选择方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

（a）根据强非线性效应下新生成的声波会与原声波继续发生互作用的特点，利用伯格斯方程建立了控制输入低频声波能量的模型。其中泵波的频率、非线性参数以及声波作用距离是影响模型对输入低频声波能量抑制效果的因素。

（b）提取声场中的低频声信号，通过功率谱分析得出声信号的频率、声压幅值以及相位信息，并根据初始相位对此模型进行近似简化。

（c）设定输入声波经过待选介质的距离且假设此介质的非线性参数为β₁，根据上述条件通过控制低频声波能量的模型求解出加入泵波与输入信号的频率比，使此时的泵波对输入信号有最佳的能量抑制。

（d）将得出的信号频率比输入模型，得出满足具有最佳能量抑制条件时对应的β₂，再以此非线性参数为基准继续计算频率比。

（e）重复（c）和（d）两步骤，直到非线性参数β₂=β₁，此时的泵波与输入信号频率比以及非线性参数为对此输入信号在一定作用距离下具有最佳能量抑制效果的参数。

本发明利用介质的强非线性以及高频泵波来降低低频声波的能量，建立了抑制低频声波能量的模型并提供了一种在此条件下对低频声能量有最佳抑制效果的参数选择方法。本发明的有益效果是：由伯格斯方程出发建立了控制输入低频声波能量的模型。输入信号在介质中的作用距离、介质的非线性参数以及加入泵波的频率等因素都会影响其对输入信号的能量抑制作用，且它们对模型的影响是互相制约的。为了找到能够使模型对输入低频信号的能量具有最佳抑制效果的参数，设计了参数的选择方法，对今后工程实践声波和介质参数的确定具有指导意义。

附图说明

图1对输入声信号具有最佳能量抑制效果的声波互作用系统参数选择流程图。

图2系统参数一定时，输入信号能量随泵波与输入信号频率比变化的曲线。

图3当泵波与输入信号频率比为21时，随着非线性参数变化P1的能量变化。

图4非线性参数为233时，输入信号能量随泵波与输入信号频率比变化的曲线。

图5当泵波与输入信号频率比为12时，随着非线性参数变化P1的能量变化。

具体实施方式

结合附图举例对本发明进一步说明。