基本信息
- 项目名称：
- 海洋环境噪声分析软件
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 海洋环境噪声的谱级和水平方向性对水声系统目标检测和方位估计具有重要的影响。海洋环境噪声分析软件采用了圆环形阵列的超指向性处理方法，给出了海洋环境噪声在10Hz-5000Hz频段的谱级分析以及1000Hz-5000Hz频段的水平方向性分析，方法新颖，覆盖的频带范围宽。开发了人机界面友好、简单易用的分析软件，为海洋环境噪声长期观测以及短期分析提供了很好的技术手段，具有良好的应用前景。
- 详细介绍：
- 海洋环境噪声性质的分析对于声纳系统的设计和预报具有十分重要的作用。在以往的声纳实验中，依靠声纳系统本身来采集环境噪声，但是无法对采集到的海洋环境噪声进行连续的分析。本作品设计一套海洋环境噪声分析软件，可以长时间连续不断地对采集到的海洋噪声特性进行分析，从而为声纳性能的预报提供可靠依据。 首先，本作品设计了采集海洋噪声的水声传感器阵列，并利用该水声传感器阵列以及相关的采集设备，采集海洋环境噪声数据。然后，利用信号功率谱分析的方法和圆环形阵列的超指向性波束形成算法分别分析了海洋环境噪声的频率特性和水平分布特性。主要技术指标为：噪声功率谱密度级分析频率范围：10Hz-5000Hz，噪声空间方向性分析频率范围：1000Hz-5000Hz。最后，将上述信号处理算法进行了软件集成，并开发了交互式的软件界面，方便使用者的使用。 利用本作品，可以对海上实验中采集到的海洋环境噪声数据进行处理，分析海洋环境噪声的频率特性、噪声功率谱密度量级和以及海洋环境噪声的空间分布特性。本作品应用于水声系统探测目标时海洋环境噪声的现场分析，从而给出声纳性能的预报结果，也可应用于海洋环境噪声的长期观测数据分析，具有良好的应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的： 海洋环境噪声性质的分析对于声纳系统的设计和预报具有十分重要的作用。在以往的声纳实验中，依靠声纳系统本身来采集环境噪声，但是无法对采集到的海洋环境噪声进行连续的分析。本作品设计一套海洋环境噪声分析软件，可以长时间连续不断地对采集到的海洋噪声特性进行分析，从而为声纳性能的预报提供可靠依据。 发明的基本思路： (1)设计采集海洋噪声的水声传感器阵列，并利用该水声传感器阵列以及相关的采集设备，采集海洋环境噪声数据。(2)利用信号功率谱分析的方法分析采集到的海洋环境噪声的频率特性。(3)利用超指向性宽带波束形成算法，分析感兴趣的频率范围内的环境噪声的空间分布特性。(4)将(2)和(3)中实现的算法，集成到海洋环境噪声分析软件中，并开发交互式的软件界面，完成作品的制作。 创新点： 采用了圆形水声传感器阵列及相应的超指向性宽带波束形成算法，对采集到的海洋环境噪声数据，进行长时间连续地处理和分析，获得了海洋环境噪声空间水平分布特性。率先开发完成了交互式的分析软件系统，集成了噪声分析的信号处理方法，方便使用者的使用和信号处理算法的推广。 技术关键： 水声传感器阵列的设计；海洋环境噪声数据的采集；功率谱估计方法的研究与实现；超指向性宽带波束形成方法的研究与实现；处理算法的软件集成以及交互式界面的软件开发。 主要技术指标： 噪声空间方向性分析频率范围：1000Hz-5000Hz 噪声功率谱密度级分析频率范围：10Hz-5000Hz
科学性、先进性
- 海洋环境噪声性质的分析对于声纳系统性能的设计和预报具有重要作用。在以往的声纳实验中，主要依靠声纳系统本身来采集海洋环境噪声，但是无法对采集到的海洋环境噪声数据进行现场的分析和处理。另外，国内对于海洋环境噪声的研究主要集中在海洋环境噪声频率特性上，也有一些学者利用垂直线阵对海洋环境噪声的垂直分布特性进行了研究，但是对于海洋环境噪声的水平方向性分布的研究却未见报道。 基于此，本项目设计了用于分析海洋环境噪声水平分布特性的圆环形水声传感器阵列，并利用该阵列采集了海洋环境噪声数据。在此基础上，研究并实现了分析海洋环境噪声水平分布特性的超指向性宽带波束形成算法。本项目还将分析海洋环境噪声常用的处理算法，集成到信号处理软件之中，在国内率先开发了海洋环境噪声分析软件，推动海洋环境噪声分析技术的推广。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月，西安，西北工业大学“三航杯”大学生课外学术科技作品竞赛 银奖
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、磁盘、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 利用本作品，可以对海上实验中采集到的海洋环境噪声数据进行处理，分析海洋环境噪声的频率特性、噪声功率谱密度量级和以及海洋环境噪声的空间分布特性，为声纳性能预报提供可靠的依据。 技术特点和优势： 与同类分析海洋环境噪声的研究方法相比，本作品采用了圆环阵超指向性处理方法，可以对海洋环境噪声的水平方向性进行了分析和计算。并将常用的分析海洋环境噪声的方法，进行了软件集成，率先开发了海洋环境噪声的软件系统。 使用范围及推广前景： 本作品使用的信号处理的算法，适用于分析各种海洋环境下的噪声的频率分布特性和空间分布特性。海洋环境噪声分析软件的开发，推动了本作品方法的推广。另外，经过简单改进，还可以针对用户的不同需求，设计出不同形式的水听器传感器阵列和处理方法，推广本作品的应用范围。 市场分析和效益预测： 本作品可以面向研制水声设备的研究所、从事海洋环境噪声研究的研究所和高校以及水声设备的用户进行推广，由于现在市场中该类产品比较缺乏，具有很大的潜在的市场效益。
同类课题研究水平概述
- 国内对于海洋环境噪声的研究主要集中在海洋环境噪声频率特性上，也有一些学者利用垂直线阵对海洋环境噪声的垂直分布特性进行了研究，但是对于海洋环境噪声的水平方向性分布的研究却未见报道。针对于此，本作品设计出了圆环形水声传感器阵列以及相应的超指向性宽带波束形成算法，对实验中采集到的海洋环境噪声的水平分布特性进行了分析和研究。 另一方面，在国内现在的声纳实验和水声实验中，多依靠声纳系统本身来采集环境噪声，但是并没有相应的软件对采集到的海洋环境噪声进行连续的处理。本软件集成了分析海洋环境噪声频率特性和空间分布特性的信号处理算法，可以对实验中采集到的各种海洋环境噪声数据进行连续的处理和分析，从而可以动态地获得使用者感兴趣的海洋环境噪声信息。
