CN113992299B - 舰船噪声频谱调制方法及装置 - Google Patents

舰船噪声频谱调制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种舰船噪声频谱调制方法及装置，该方法包括：通过接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；获取所述噪声信号的频谱数据；在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。

Description

舰船噪声频谱调制方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种舰船噪声频谱调制方法及装置。
背景技术
舰船的隐蔽性是关键，因此，控制舰船的噪声，使之不被敌方声纳等探测装备发现，是舰船设计的核心。当前，舰船通过浮筏安装、泵喷推进、水动力外形设计等途径，有效降低了噪声水平。
然而，由于舰船航行的海洋环境复杂，对舰船的运行工况要求趋向多样化。因此，如何在复杂海洋环境中，在运行工况多样化的要求下，特别是在舰船启动、转换功率等噪声很难降低的情况下，继续在一定程度保障舰船的隐蔽性，是当前亟待解决的难点问题。
发明内容
本发明提供一种舰船噪声频谱调制方法及装置，用以解决现有技术中舰船隐蔽性差的缺陷，实现增强舰船隐蔽性的目的。
本发明提供一种舰船噪声频谱调制方法，该方法包括：
接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
获取所述噪声信号的频谱数据；
在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
根据本发明提供的一种舰船噪声频谱调制方法，该方法还包括：
采集所述舰船在所述目标海域的航行时间；
获取所述航行时间所在目标时间段内的所述目标海域环境噪声的标准频谱。
根据本发明提供的一种舰船噪声频谱调制方法，获取所述航行时间所在目标时间段内的所述目标海域环境噪声的标准频谱，包括：
在环境噪声频谱库中查询所述目标海域环境噪声的候选频谱；
在所述候选频谱中选取所述航行时间所对应的标准频谱。
根据本发明提供的一种舰船噪声频谱调制方法，该方法还包括：
在所述频谱数据与所述标准频谱相匹配的情况下，基于所述频谱数据所对应的发射参数控制所述噪声***发射噪声信号。
根据本发明提供的一种舰船噪声频谱调制方法，该方法还包括：
在该频谱数据与所述标准频谱不匹配的情况下，发送报警信号。
本发明还提供一种舰船噪声频谱调制装置，该装置包括：
接收模块，接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
第一获取模块，获取所述噪声信号的频谱数据；
调整模块，在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
根据本发明提供的一种舰船噪声频谱调制装置，该装置还包括：
采集模块，采集所述舰船在所述目标海域的航行时间；
第二获取模块，获取所述航行时间所对应的所述目标海域环境噪声的标准频谱。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述舰船噪声频谱调制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述舰船噪声频谱调制方法的步骤。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述舰船噪声频谱调制方法的步骤。
本发明提供的舰船噪声频谱调制方法及装置，通过接收安装于舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；获取所述噪声信号的频谱数据；在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
在本发明技术方案中，通过调整噪声***的发射参数，使得噪声***发射噪声的频谱数据与标准频谱相匹配，使得舰船运行的特征性频谱在一定程度上被隐蔽，可以有效提升舰船的隐蔽性。并且，本方案能够实现主动性地提供舰船在各航行环境下的隐蔽性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的舰船噪声频谱调制方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的舰船噪声频谱调制方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的舰船噪声频谱调制方法的流程示意图之三；
图4是本发明提供的舰船噪声频谱调制方法的流程示意图之四；
图5是本发明提供的舰船噪声频谱调制装置的结构示意图之一；
图6是本发明提供的舰船噪声频谱调制装置的结构示意图之二；
图7是本发明提供的舰船噪声频谱调制装置的结构示意图之三；
图8是本发明提供的舰船噪声频谱调制装置的结构示意图之四；
图9是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图4描述本发明的舰船噪声频谱调制方法，本方法的执行主体是舰船噪声频谱调制***或运行舰船噪声频谱调制***的控制模块，还可以是安装该控制模块的服务器，如位于舰船舰体内部布置的数据处理服务器，在此不做限定。
参照图1，本发明实施例提供的噪声频谱调制方法包括如下步骤：
步骤110：接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
步骤120：获取所述噪声信号的频谱数据；
步骤130：在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
在实际应用中，噪声测量仪拖曳在舰船尾部，在舰船舰体附近安装噪声***。噪声***是常用的水声对抗器材之一，其功能是当舰船遭遇声纳探测、跟踪时，发射一定频段的随机噪声，提高声纳输入端噪声水平，通过降低其信噪比干扰其正常工作，掩护本方舰船规避机动。
本发明实施例记载的噪声测量仪用于实时地采集噪声***发射的干扰噪声信号。
在本发明实施例的技术方案中，通过调整噪声***的发射参数，使得噪声***发射噪声的频谱数据与标准频谱相匹配，使得舰船运行的特征性频谱在一定程度上被隐蔽，可以有效提升舰船的隐蔽性。并且，本方案能够实现主动性地提供舰船在各航行环境下的隐蔽性。
参考图2，本发明可选实施例提供的舰船噪声频谱调制方法包括如下步骤：
步骤210：接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
步骤220：获取所述噪声信号的频谱数据；
步骤230：采集所述舰船在所述目标海域的航行时间；
步骤240：获取所述航行时间所在目标时间段内的所述目标海域环境噪声的标准频谱；
步骤250：在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
其中，步骤230、240与步骤210、220之间的时序不受图2限定。
这样，即时对同一目标海域，在不同时间段内的环境噪声也可能存在差异，本实施例通过实时地采集航行时间，实现更精确地调整发射参数，增强舰船航行隐蔽性。
在本发明实施例中，参考图3，采用如下步骤获取所述航行时间所在目标时间段内的所述目标海域环境噪声的标准频谱：
步骤310：在环境噪声频谱库中查询所述目标海域环境噪声的候选频谱；
步骤320：在候选频谱中选取所述航行时间所对应的标准频谱。
在本实施例中，环境噪声频谱库存储了不同海域的环境噪声的频谱数据，进一步对同海域还存储不同时间段的环境噪声的频谱数据。
其中，环境噪声频谱库是事先构建的。
具体地，在舰船运行的k个海域，在多个[ta,tb]时间段，利用实验船的噪声测量仪持续监测环境噪声的时序信号V1(t)、V2(t)...Vk(t)。基于MATLAB、LabVIEW或者Origin等软件，对三道时序信号分别进行频谱分析，具体过程如下：
首先，某段时间[ta,tb]，噪声测量仪采集的时序信号V1(t)、V2(t)...Vk(t)各有m个数据，分别为：
V1(m)＝[V11(ta)、V12(ta)、…V1m(tb)]；
V2(m)＝[V21(ta)、V22(ta)、…V2m(tb)]；
…
Vk(m)＝[Vk1(ta)、Vk2(ta)、…Vkm(tb)]；
针对在各海域环境噪声测量仪采集的时序信号V1(t)、V2(t)...Vk(t)，基于MATLAB、LabVIEW或者Origin等软件进行频谱分析，将频率域均分为(p-1)份，形成各海域环境噪声在时间段[ta,tb]的功率谱：
X1(ta～tb)＝[X1(f1)、X1(f2)、…X1(fp)]；
X2(ta～tb)＝[X2(f1)、X2(f2)、…X2(fp)]；
…
Xk(ta～tb)＝[Xk(f1)、Xk(f2)、…Xk(fp)]。
其中，
其次，针对每个[ta,tb]时间段进行上述分析，得到各海域环境噪声在一系列[ta,tb]时间段内的频谱，分别通过平均化处理，得到k个海域环境噪声的标准频谱X′1(ta～tb)、X′2(ta～tb)…X′k(ta～tb)。其中，
X′1(ta～tb)＝[X′1(f1)、X′1(f2)、…X′1(fp)]；
X′2(ta～tb)＝[X′2(f1)、X′2(f2)、…X′2(fp)]；
...
X′k(ta～tb)＝[X′k(f1)、X′k(f2)、…X′k(fp)]。
最后，将舰船运行的k个海域环境噪声标准频谱输入数据库，形成舰船的环境噪声标准频谱库。
在本发明实施例中，采用如下方式调整噪声***的发射参数。
舰船在某一海域航行时，其噪声测量仪实时测量其所接收的噪声信号，并传输至数据处理服务器，并在数据处理服务器进行噪声频谱分析，并与该运行海域环境噪声的标准频谱进行相关性对比，即对应上文的匹配。
如果相关度不达到一定水平，则调节噪声***的发射参数，继续探测与分析噪声测量仪的探测噪声频谱，并使之与该运行海域环境噪声的标准频谱进行再次相关性对比，如此循环，直至两者相关度达到一定水平，对应上文的匹配。具体过程如下：
首先，舰船在某一海域航行时，其噪声测量仪实时测量其所接收的噪声时序信号S(t1)，并按照上文构建环境噪声频谱库的步骤，持续计算[ta,tb]时间段内的噪声测量仪所测噪声信号的频谱Y(ta～tb)，其中：
Y(ta～tb)＝[Y(f1)、Y(f2)、…Y(fp)]。
其次，基于MATLAB、LabVIEW或者Origin等软件，将噪声测量仪实时测量的[ta,tb]时间段内的噪声信号频谱Y(ta～tb)，与舰船所在航行海域的环境噪声标准频谱X′n(ta～tb)进行相关性分析，计算相关系数η(ta～tb)：
其中，为[Y(f1)、Y(f2)、…Y(fp)]的平均值，/>为[X′n(f1)、X′n(f2)、…X′n(fp)]的平均值，n为正整数，且1≤n≤k。
最后，如果相关系数η(ta～tb)达到一定水平(≥90％)，则无需启动或调整噪声***。如果相关系数η(ta～tb)不能达到一定水平(<90％)，则调整噪声***的发射参数。
其中噪声***通常发射一定频段范围的随机噪声，以频段范围与噪声强度作为可以调节的发射参数，在可调节范围内平均分为多个阶段，从小到大依次选择。
同时，按照上述两个环节继续探测与分析噪声测量仪的探测噪声频谱，并使之与舰船运行海域环境噪声的标准频谱进行再次相关性对比，如此调节噪声***的频段范围与噪声强度，直至两者相关度达到一定水平(≥90％)。
在本发明实施例中，可以根据调整得到的频谱数据与舰船所在你航行海域的环境噪声标准频谱之间的相关性辅助指挥决策。
如果在一段时间内，噪声测量仪实时测量的噪声信号频谱与舰船所在航行海域的环境噪声标准频谱能够通过调整噪声***达到一定水平(≥90％)，则表明舰船在这种航行工况下周边的噪声频谱已经与所在海域的环境噪声频谱非常相似，能够提高舰船的隐蔽性与环境适应性。
在这种情况下，在调整得到的频谱数据与标准频谱相匹配的情况下，基于所述频谱数据所对应的发射参数控制所述噪声***发射噪声信号。
即使在一段时间内，噪声测量仪实时测量的噪声信号频谱与舰船所在航行海域的环境噪声标准频谱仍不能通过调整噪声***达到一定水平(<90％)，也能够在一定程度上提高舰船的隐蔽性与环境适应性，同时发送报警信号至艇长，提醒艇长尽快改变航行方式或尽快驶出该海域，发挥辅助决策的作用。
在这种情况下，参照图4，本发明可选实施例提供舰船噪声频谱调制方法包括如下步骤：
步骤410：接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
步骤420：获取所述噪声信号的频谱数据；
步骤430：判断所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱是否匹配；
步骤440：若是，即在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配；
步骤450：若否，即在所述频谱数据与所述标准频谱不匹配的情况下，发送报警信号。
下面对本发明提供的舰船噪声频谱调制装置进行描述，下文描述的舰船噪声频谱调制装置与上文描述的舰船噪声频谱调制方法可相互对应参照。
参照图5，本发明实施例提供的舰船噪声频谱调制装置包括：
接收模块510，接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
第一获取模块520，获取所述噪声信号的频谱数据；
调整模块530，在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
在本发明实施例的舰船噪声频谱调制装置中，通过调整噪声***的发射参数，使得噪声***发射噪声的频谱数据与标准频谱相匹配，使得舰船运行的特征性频谱在一定程度上被隐蔽，可以有效提升舰船的隐蔽性。并且，本方案能够实现主动性地提供舰船在各航行环境下的隐蔽性。
可选地，参照图6，与图5相比，本装置还包括：
采集模块610，采集所述舰船在所述目标海域的航行时间；
第二获取模块620，获取所述航行时间所对应的所述目标海域环境噪声的标准频谱。
可选地，第二获取模块620具体用于：
在环境噪声频谱库中查询所述目标海域环境噪声的候选频谱；
在所述候选频谱中选取所述航行时间所对应的标准频谱。
可选地，参照图7，与图5相比，本装置还包括：
控制模块710，在频谱数据与标准频谱相匹配的情况下，基于所述频谱数据所对应的发射参数控制所述噪声***发射噪声信号。
可选地，参照图8，与图5相比，本装置还包括：
发送模块810，在所述频谱数据与所述标准频谱不匹配的情况下，发送报警信号。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行舰船噪声频谱调制方法，该方法包括：
接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
获取所述噪声信号的频谱数据；
在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的舰船噪声频谱调制方法，该方法包括：
接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
获取所述噪声信号的频谱数据；
在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的舰船噪声频谱调制方法，该方法包括：
接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
获取所述噪声信号的频谱数据；
在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种舰船噪声频谱调制方法，其特征在于，包括：
接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
获取所述噪声信号的频谱数据；
在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
2.根据权利要求1所述的舰船噪声频谱调制方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集所述舰船在所述目标海域的航行时间；
获取所述航行时间所在目标时间段内的所述目标海域环境噪声的标准频谱。
3.根据权利要求2所述的舰船噪声频谱调制方法，其特征在于，所述获取所述航行时间所在目标时间段内的所述目标海域环境噪声的标准频谱，包括：
在环境噪声频谱库中查询所述目标海域环境噪声的候选频谱；
在所述候选频谱中选取所述航行时间所对应的标准频谱。
4.根据权利要求1所述的舰船噪声频谱调制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述频谱数据与所述标准频谱相匹配的情况下，基于所述频谱数据所对应的发射参数控制所述噪声***发射噪声信号。
5.根据权利要求1所述的舰船噪声频谱调制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述频谱数据与所述标准频谱不匹配的情况下，发送报警信号。
6.一种舰船噪声频谱调制装置，其特征在于，包括：
接收模块，接收安装于所述舰船的噪声测量仪采集的噪声信号，所述噪声信号包含由航行于目标海域的所述舰船自身发出的噪声和安装于所述舰船的噪声***在所述目标海域内发射的噪声；
第一获取模块，获取所述噪声信号的频谱数据；
调整模块，在所述频谱数据与所述目标海域环境噪声的标准频谱不匹配的情况下，根据所述标准频谱调整所述噪声***的发射参数，直到所述频谱数据与所述标准频谱相匹配。
7.根据权利要求6所述的舰船噪声频谱调制装置，其特征在于，所述装置还包括：
采集模块，采集所述舰船在所述目标海域的航行时间；
第二获取模块，获取所述航行时间所对应的所述目标海域环境噪声的标准频谱。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述舰船噪声频谱调制方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述舰船噪声频谱调制方法的步骤。
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