0 引　言

水下目标噪声模拟声源是模拟水中宽带噪声的声源发射装置，可以自由组合，装载发射任意20～50 kHz的宽带噪声数据，也可以发射20～100 kHz的单频脉信号（上限频率可以更高）。通过载入实测声源数据、对声源数据进行均衡处理、控制声源数据的播放增益等方法实现模拟目标主要机械设备噪声、桨轴激励噪声、螺旋桨噪声，通过多个声源载体相连的方式，进而模拟各噪声的变化规律和分布式特点。

目标噪声模拟声源可以模拟水下目标的声学特性，在潜艇训练、声学伪装、声呐对抗等方面都有极大的发展空间。目标噪声模拟声源由模拟声源控制系统、模拟声源辅助测量系统、发射系统、声源载体等4个部分组成。控制系统是整个目标噪声模拟声源系统的核心。通过网络连接，控制计算机对系统的各个部分执行包括数据下载、命令发送和状态取等相应的操作，并对系统各个部分的工作参数进行合理配置。发射信号均衡控制方法是控制系统的核心部分。

1 信号的均衡控制

声源控制系统可实现读入声源数据、生成标准测试声源信号数据、声源数据的1/3倍频程均衡控制、声源数据低中高3个频段的数据滤波处理等功能。其中信号均衡控制是控制系统处于关键地位。模拟声源控制系统框图如图1所示。

当模拟声信号发生器接到均衡控制指令后，分别对输出的低频/中频/高频模拟声信号执行1/3倍频程均衡控制。模拟声源发射信号频率为1/3倍频程均衡控制流程图如图2所示。

当模拟声源发射水下声信号s（t）时，接收端接收到的信号为由模拟声源发射信号与背景噪声相叠加的信号f（t），则f（t）可表示为f（t）=s（t）+n（t），对接收信号进行傅里叶变换计算得到接收信号的频谱 ${{F(}}\omega {{)}}$ ， ${{F(}}\omega {{)}} = \int_{{{ - }}\infty }^{ + \infty } {{{f(t)}}{{{e}}^{{{ - i}}\omega {{t}}}}} {{\rm dt}}$ 。

根据n倍频程的定义： $\frac{{{f_h}}}{{{f_l}}} = {2^n}$ ，频带中心频率 ${f_c} = \sqrt {{f_h}{f_l}} $ ，频带宽度为： $\Delta f = {f_h} - {f_l}$ ，对1/3倍频程滤波器（n=1/3） $\frac{{\Delta f}}{{{f_c}}} = 23.1\% $ 。它们的相对带宽为恒定百分数。根据上述关系，设计倍频程滤波器和1/3oct滤波器，用于声学测量与分析。在舰船水噪声测量时，常采用1/3oct滤波器，其中心频率按国际标准化组织ISO的推荐，选定为：（1.0，1.25，1.6，2.0，2.5，3.15，4.0，5.0，6.3，8.0）×10^m Hz，其中m=0，1，2…。信号处理涉及的滤波器的中心频率 ${f_c}$ 、下限频率 ${f_l}$ 、上限频率 ${f_h}$ 、频带宽度 $\Delta f({f_i})$ 等典型数值如表1所示。

对于一个能量连续分布的随机噪声信号，进行1/3倍频程谱分析，就可以得出各个1/3倍频程的频带声压级 ${L_p}\left( {{f_i}} \right)$ 。当已知各1/3倍频程的频带声压级时，可求得宽带声压级，也称总声级，其频率范围（频段）应当指定。由1/3倍频程的频带声压级计算指定的频率范围内的宽带声压级的公式为：

${L_p} = 10\lg \left( {\sum\limits_{i = 1}^n {{{10}^{0.1{L_p}\left( {{f_i}} \right)}}} } \right)\text{。}$

(1)

式中： $i$ 为1/3oct滤波器的序号； $n$ 为指定的频率范围内包含1/3oct滤波器的个数； ${f_i}$ 为第 $i$ 号1/3oct滤波器的中心频率； ${L_p}\left( {{f_i}} \right)$ 为第 $i$ 号1/3oct滤波器频带内的频带声压级。

该式的物理意义是宽频带的声能量等于所覆盖的各频带声能量的和。

在实艇与实船测量时，1/3倍频程谱是检测的标准之一。工作时，模拟声源发射预先设定的信号，并按实艇实船检测要求对信号做1/3倍频程频谱检测。若发射信号未达到设定的信号，则对各个1/3倍频程频段进行放大或缩小调节处理，转换为时域信号发射，若信号频率仍有偏差，则可进行多次反复调节，直至频谱满足要求为止。对同一段原始信号，调用包含不同频率特征的调节系数，就可以模拟不同的信号特征。

调节信号谱级再转化为时域信号进行发射更加直观有效，均衡调节后将信号进行反傅里叶变换，再经过模拟声源发射。所以，对于模拟声源发射信号进行均衡控制时，需要将信号经过时域到频域，均衡后再时域发射的变换过程。

2 软件实现

为了更方便地对模拟声源发射信号进行均衡控制，编制了相应的均衡控制软件，软件界面交互良好，可操作性强。其中，模拟声源发射信号1/3倍频程均衡调节处理共包含35个处理频段，所选倍频程均为实艇实船噪声测量频段。软件采用滑块方式调节频谱，增益单位为dB，拖动各频率的滑块即可灵活的改变频点的增益值，频点增益值的调节范围为–24 dB与12 dB之间，滑块下方的文本框内同时显示调节值，也可以直接在文本框内输入要改变的增益值，非常灵活。信号均衡软件界面如图3所示。

对多个信号频点进行调节，点击“确定”按钮，即可生成当前谱频特征的声源信号。点击“取消”按钮，取消信号频点增益操作。为了更简单便利地调节信号频谱，软件另外设置了载入均衡调节系数表的功能，可以随时保存各频段的调节系数，载入历史系数，以便于更灵活的调节信号状态。

水下目标噪声模拟声源经过了大量的岸边试验与海上实航试验，试验结果表明，采用1/3倍频程均衡控制方法，可以灵活地对发射信号实行控制，准确地模拟水下目标各噪声的变化规律与分布式特点。

3 结　语

本文设计并实现了基于1/3倍频程的水下模拟声源发射信号均衡控制方法，通过友好的软件界面，可以方便灵活地对信号进行均衡控制，更真实的模拟水下目标信号。