潜艇声特征隐身的频谱塑形主动控制研究

The “line-spectral acoustic signature” is a deadly threat to the stealth of submarines. The technology of “acoustic signature stealth” is the key approach to ensure the security and fighting capacity of submarines. In this project, we will research on the “spectral reshaping active control” for the acoustic signature stealth of submarines. It breaks the conventional idea of line-spectrum reduction, and works from perspective of “military camouflage”. It makes improvement to the stealth of submarines by modifying the spectral features of the radiated noise. Particularly, we will focus on three important issues which are related to the spectral reshaping active control, they are frequencies tracking, responses reconstruction and multi-channel collaborative control. Aimed at the multi-frequency and time-varying noise sources of submarines, we will research on frequency adaptive comb filtering algorithm. It is able to lock and track the multiple frequencies accurately and rapidly, and provide the most important prior-knowledge to the active control system. Aimed at the limitations of sensors placement, we will research on functional network based virtual sensing algorithm. It is able to on-line reconstruct the responses of immeasurable points from long-distances, and provide the most important feedback information to the active control system. Aimed at the coupling problem of “excitations-responses-frequencies”, we will research on adaptive modal filtering based spectral reshaping active control algorithm, and realize multi-channel collaborative control of the entire hull of submarines. Experimental investigations will be conducted on a scaling model of submarine-cabins, providing new theory and technology to the improvement of submarine stealth.

潜艇的“线谱声特征”是其隐身性的致命威胁，“声特征隐身”是保证潜艇安全和战斗力的关键技术。本课题拟开展潜艇声特征隐身的“频谱塑形主动控制”研究，突破传统的“线谱消减”思路，从“对敌伪装”的角度入手，改变辐射噪声的频谱特征，实现潜艇隐身性的提升。具体地，拟围绕频谱塑形主动控制相关的频率跟踪、响应重构和多通道协同控制三个核心问题开展深入研究。针对潜艇振源的多频时变特性，研究频率自适应梳状滤波算法，实现多频信号频率的准确锁定和快速跟踪，为主动控制提供重要的先验知识；针对潜艇传感器布置的局限性，研究泛函网络虚拟感知算法，实现潜艇界面不可测点响应的远距离在线重构，为主动控制提供重要的反馈信息；针对多通道频谱塑形主动控制的“激励-响应-频率”耦合难题，研究自适应模态滤波频谱塑形算法，实现潜艇壳体面域多通道协同主动控制。针对潜艇缩比模型开展试验研究，为其隐身性能的提升提供新理论和新技术。

潜艇的“线谱声特征”是其隐身性的致命威胁，“声特征隐身”是保证潜艇安全和战斗力的关键技术。本课题开展了潜艇声特征隐身的“频谱塑形主动控制”研究，突破了传统的“线谱消减”思路，从“对敌伪装”的角度入手，改变辐射噪声的频谱特征，实现了潜艇隐身性的提升。.具体地，本项目围绕频谱塑形主动控制相关的频率估计、响应重构和多通道协同控制三个核心问题开展了深入研究。（1）针对潜艇振源的多频时变特性，研究了频率自适应梳状滤波算法和分布式扩展卡尔曼滤波算法，实现了多频信号频率的准确估计，为主动控制提供了重要的先验知识；（2）针对潜艇传感器布置的局限性，研究了基于时域和频域样条自适应滤波器的虚拟感知算法，实现了潜艇控制点响应的在线重构（估计），为主动控制提供了重要的反馈信息；（3）针对多通道频谱塑形主动控制的“激励-响应-频率”耦合难题，研究了参考频率自适应和频域自适应的频谱塑形控制算法，提出了面向大型壳体结构MIMO主动控制的有限元在回路仿真框架，实现了潜艇壳体多通道协同主动控制。（4）在上述理论研究的基础上，研发了对装式、共振式、多轴式、转轴式四类具有自主知识产权的主动控制执行作动器，开发了多舱段壳体主动控制试验系统，开展了主动控制试验研究，并推动主动控制技术在某护卫舰动力舱实现了工程应用。此外，还将本项目的主动控制技术推向了主动控制研究平台、高铁转辙机复合力学试验平台等其他领域。.在项目执行期间，发表了SCI论文15篇，其中一作/通讯9篇（全部第一标注），其他作者6篇（全部第二标注）；新增了基金项目4项，其中国家级项目2项，省部级项目2项；新增军口重点项目课题1项；新增授权了专利8项（全部第一发明人），其中发明专利5项，实用新型专利3项；获得了“中国科协青年人才托举工程”项目支持1项；受邀担任了期刊编委/青年编委2项，其中国际SCI期刊1项，国内中文核心期刊1项；项目成果支撑获得了2020年度陕西省技术发明一等奖（排3）。