[發明專利]強非線性介質中聲波能量抑制的參數選擇方法

有效

• 申請號: 201210162639.0
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102693342A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 楊德森;江薇;時勝國;時潔;胡博;張昊陽;靳仕源;蘭朝鳳;趙天宇;孫玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是非線性聲學領域中的一種強非線性介質中聲波能量抑制的參數選擇方法。

背景技術

水下噪聲是限制水聲設備性能的水下聲音。其中目標輻射噪聲是被動聲納系統的聲源，系統就是接收這種噪聲來實現目標檢測。人們可以根據輻射噪聲的特性，采取適當的降噪措施，以提高自身的隱蔽性，這在水聲中顯得尤其重要。基于以上原因，目前不論在理論還是工程設計上，聲波能量抑制的研究都有著十分重要的地位。隨著當代科學技術發展，大量的非線性問題出現在生產實踐中。非線性聲學中，聲傳播的疊加原理已經不再適用，同時傳播的聲波會發生相互作用。因此利用非線性聲學來降低信號的能量已成為一個新穎的研究熱點。

文獻“Nonlinear?absorption?of?sound?by?sound?at?the?interaction?of?waves?with?multiple?frequencies.Acoustical?Physics，2007，53（2）：152-157.”運用頻譜展開的方法研究了當強泵波的頻率是弱信號波頻率的倍數時，兩波產生非線性作用，使信號波的幅度下降，達到降噪的效果。但是上述研究沒有結合非線性參數來討論對聲波互作用的影響。尤其非線性參數是非線性聲學中最重要的一個物理量，它衡量了聲波在介質傳播過程中產生的非線性效應大小。很多介質的非線性參數都很大，例如造影劑的非線性參數至少為300，Wu與Zhu測得含氣泡水介質的非線性參數是純水數量級的5-6倍。而由于強的非線性效應會引起聲波互作用更加深化，因此研究非線性參數對聲波能量的影響是十分必要的。

文獻“在強無規噪聲場中有規聲能量的抑制。聲學學報，1984,9:129-133”根據Fenlon理論對水介質中的聲波非線性相互作用問題進行了理論分析與實驗研究，提出了利用低頻強聲抑制高頻弱聲的方法。眾所周知船舶輻射噪聲可以看成是強低頻線譜和弱連續譜的疊加。而低頻信號在水中不易衰減，因此如何利用高頻泵波來降低低頻信號的能量是值得研究的方向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對低頻聲能量有最佳抑制效果的強非線性介質中聲波能量抑制的參數選擇方法。

本發明的技術方案包括以下步驟：

（a）根據強非線性效應下新生成的聲波會與原聲波繼續發生互作用的特點，利用伯格斯方程建立了控制輸入低頻聲波能量的模型。其中泵波的頻率、非線性參數以及聲波作用距離是影響模型對輸入低頻聲波能量抑制效果的因素。

（b）提取聲場中的低頻聲信號，通過功率譜分析得出聲信號的頻率、聲壓幅值以及相位信息，并根據初始相位對此模型進行近似簡化。

（c）設定輸入聲波經過待選介質的距離且假設此介質的非線性參數為β₁，根據上述條件通過控制低頻聲波能量的模型求解出加入泵波與輸入信號的頻率比，使此時的泵波對輸入信號有最佳的能量抑制。

（d）將得出的信號頻率比輸入模型，得出滿足具有最佳能量抑制條件時對應的β₂，再以此非線性參數為基準繼續計算頻率比。

（e）重復（c）和（d）兩步驟，直到非線性參數β₂=β₁，此時的泵波與輸入信號頻率比以及非線性參數為對此輸入信號在一定作用距離下具有最佳能量抑制效果的參數。

本發明利用介質的強非線性以及高頻泵波來降低低頻聲波的能量，建立了抑制低頻聲波能量的模型并提供了一種在此條件下對低頻聲能量有最佳抑制效果的參數選擇方法。本發明的有益效果是：由伯格斯方程出發建立了控制輸入低頻聲波能量的模型。輸入信號在介質中的作用距離、介質的非線性參數以及加入泵波的頻率等因素都會影響其對輸入信號的能量抑制作用，且它們對模型的影響是互相制約的。為了找到能夠使模型對輸入低頻信號的能量具有最佳抑制效果的參數，設計了參數的選擇方法，對今后工程實踐聲波和介質參數的確定具有指導意義。

附圖說明

圖1對輸入聲信號具有最佳能量抑制效果的聲波互作用系統參數選擇流程圖。

圖2系統參數一定時，輸入信號能量隨泵波與輸入信號頻率比變化的曲線。

圖3當泵波與輸入信號頻率比為21時，隨著非線性參數變化P1的能量變化。

圖4非線性參數為233時，輸入信號能量隨泵波與輸入信號頻率比變化的曲線。

圖5當泵波與輸入信號頻率比為12時，隨著非線性參數變化P1的能量變化。

具體實施方式

結合附圖舉例對本發明進一步說明。