一、成果介绍
1.水下圆柱壳宽带激振的装置
【项目概述】针对水下大尺度模型辐射噪声测试时的信噪比低、稳定性差的问题，研制了水下圆柱壳宽带脉冲激励源产品，其技术已被国家专利局授权。水下圆柱壳宽带激振装置具有附加质量小、散热好、电能转换效率高等特点，有效激励频率范围达到20Hz~10kHz，解决了长期困扰国内水下大尺度模型远场声场测量信噪比不足的问题，突破了水下大尺度模型的宽带大功率激励源技术。所设计的通用型宽带脉冲激励源设备额定功率为1100W，重量仅为6.5kg，冲击力可达3800N，将其应用在长4.8m，外径3.15m，总质量10000kg的双层圆柱壳中，当圆柱壳模型的内外壳体均敷设了声学覆盖层产品后，距离该圆柱壳径向中心15m处的声压信号在不同频率处的信噪比仍然可以达到不小于20dB，整体模型的辐射声功率比电磁激振器的辐射声功率平均高出20dB。与国内外目前现有的激振器相比，该宽带脉冲激励源具有更宽的工作频带，更高更稳定的源强度，且不需要匹配功率放大器等设备使用，设备简单，可靠性高，而且可以应用于不同的弹性结构模型上，适用性强。
【项目成熟情况】目前该设备已经制作了原理样机，并应用于不同舰船模型上，达到技术成熟度6级。
【应用范围】该宽带脉冲激励源设计方法为项目组首创，目前已经应用于中国船舶重工集团公司的多家单位，解决了大尺度模型外场试验信噪比不足的瓶颈问题。该设备可以应用于消声瓦、消音器、隔声去耦瓦、抑振瓦的声学性能测试与评估，潜艇辐射噪声在线预报方法的模型试验验证，以及民用声学产品的性能测试和噪声控制效果评估等方面。
2.高性能通用多模水声通信机
【项目概述】高性能通用多模水声通信机采用模块化设计理念，集成发射与接收系统与一体，兼顾通用性与用户个性化设计，具有强大的实时计算性能，兼顾便携性与稳健性，具备较强的可扩展性，且界面友好。基于CPCI总线标准进行系统构建，支持热插拔的同时提高了系统耐用性、抗震性以及通风性，对各模块进行了严谨的逻辑划分，可根据用户需求进行模块选配，同时可基于基本框架系统进行快速升级，另外，针对特殊用户可对各个模块进行升级或客制化定制。通信机包括基本系统构架（4插槽CPCI接口机箱）、3U标准CPCI接口采集板卡（包括8通道滤波放大模块以及模数转换模块）、3U标准CPCI接口TMS320C6678处理板卡、3U标准网络交换板卡、网络接口的数字功放模块、换能器模块以及软件模块（包括采集界面、通用信号发射界面、基于TMS320C6678平台的水声通信例程模块等）。
【项目成熟情况】原理样机阶段。
【应用范围】（1）点对点水声通信：可用于海工以及海洋调查等活动中需要临时构建水声通信链路的场景，系统预置水声通信物理层算法适用于多种复杂水声通信环境，能有效满足点对点水声通信需求；
（2）水声网络通信：通用水声通信平台支持组网水声通信，可有效应用于水声通信网络构建以及水声网络通信协议验证等领域；
（3）水面通用甲板单元：通用水声通信平台支持任意形式水声信号发射，可有效兼容诸如水声通信Modem、水声释放器或应答器等水声设备；
（4）SIMO水声通信：通用水声通信平台支持多通达接收，选配水听器阵列列进行接收，可组成SIMO水声通信系统；
（5）其他多种应用：通用水声通信平台支持多通道接收功能，结合水听器阵列加上用户自定义算法可完成基于水平阵或者垂直阵的水声通信或水声探测应用。
3.便携接触式超声冰厚测量仪
【项目概述】我国北方冬季十分寒冷，江河、湖泊、水库封冻期长，封冻冰面达到一定的厚度时，车辆和人员可以直接从冰上通过，为了保障涉冰作业和冰上交通的安全，需要测定有关水域冰层厚度的分布情况。过去测量冰层厚度都是用冰穿手工开洞，然后用尺丈量，这样的原始方法，劳动强度大，时间长，只能取少量测点，容易漏掉关键区域，而且也常常破坏了冰面的完整性。
鉴于以上情况，我们研制了一种便携接触式超声冰厚测量仪，它具有以下特殊的优点：
（1）耐低温，由于对探头和电子器件都采取了特殊措施，测厚仪可在-30℃的低温下工作；
（2）计时方法先进，显示直观准确，能方便地进行环境温度补偿校准；
（3）设计合理，体积小，重量轻，耗电小，适合于单兵野外作业；
（4）使用方便，能大而积探测行进通道的冰层厚度。
【项目成熟情况】成熟，形成自主研发的产品，经过松花江实验、营口港区实验应用。
【应用范围】江河水表封冻情况分析；冰上交通安全保障；极地科考运输安全；港区封冻航行条件测量；越冬水库渔业养殖；冰区水下搜救打捞作业。
4.声隐身状态测试分析系统
【项目概述】水下航行器声隐身是关乎其生存和战斗力的关键指标之一。针对水下航行器维修前后声隐身性能发生变化这一长期存在的重大问题，本项目以维持声隐身性能稳定为目标，解决了多系统融合、近场噪声源识别、复杂振动噪声路径识别与小水域辐射噪声测试等一系列关键技术问题，在我国首次建立了水下航行器维修前后的综合测试分析方法与系统，包含振动噪声测试分析系统、矢量水听器辐射噪声测试系统、矢量直线阵噪声测试系统和综合分析软件系统，涵盖了系统的校准方法、信号处理方法、硬件结构与应用软件，在我国首次建立了水下航行器维修声隐身性能测试评价体系。经过对多型水下航行器测试和应用，显著提高了声隐身测量评估能力，大大提高了现场实施效率，取得了多方面创新性成果，打破了我国在声隐身方面重研制轻维修的被动局面，填补了我国在声隐身方面的重大缺项。
【项目成熟情况】设备已交付使用，成熟度6级。
【应用范围】可用于水下航行器和新研舰艇研制以及它们的战技水平评价；对水下航行器系泊条件下的振动和辐射噪声进行现场和后置精确测量评估；对水下航行器维修后进行测量，为其修理后振动噪声测量控制提供重点阻断建议、评估阻断效果；水面舰艇振动和辐射噪声测量；水下结构故障诊断；水下声学研究。
5.自容式水听器
【项目概述】本设备主要用于水声工程及海洋声学领域技术研究过程中，需要使用水听器接收和采集设备收集水声信号并进行相关技术研究。本设备是一种具有自容式供电和数据存储的智能水听器采集设备，能够适配多种标准水听器及矢量水听器传感器进行水声信号的放大、滤波处理，体积小、性能优越。
主要技术指标：
（1）采样率：24Bit/50KHz；
（2）动态范围：100dB/50KHz采样率；
（3）动态范围：120dB/1KHz采样率；
（4）数据存储容量：32G-TF卡。
接收水听器参数：
（1）频带范围：20KHz；
（2）带内起伏：≯2dB；
（3）灵敏度：≥-200dB（不包含前置放大器）；
（4）水平无指向性。
【项目成熟情况】本设备已经经过实用验证，技术指标全部满足要求，具备批量稳定生产能力和使用保障能力，项目技术成熟度9级。
【应用范围】水声信号采集。
6.矢量水听器
【项目概述】本项目受国家自然科学基金项目资助。主要研究障板条件下矢量声场分布和矢量水听器声学接收特性的变化规律，建立障板条件下矢量信号处理模型，为船载声纳高性能声纳的研究提供基础理论依据。各种声学障板条件下矢量声场建模与矢量水听器接收性能的变化规律，在国内外未见报导，具有一定程度的开创性意义。首先提出各种声学障板条件下矢量水听器信号处理模型的建立，国内外目前未见公开报道。
项目给出了典型声纳障板近场声散射声场的解析解，建立典型障板附近矢量水听器及其基阵声信号物理模型，并提出了相应的信号处理方法，通过此项技术的研究，对于提高我国船载声纳性能，增强我国海洋监测的科研能力具有重要的意义。经过本项目的研究，后续推广科研项目7项（其中前5项已经获得批准开展研究），总经费1440万元。
2011年，“矢量水听器XX及其应用”获得国防科学技术进步一等奖。2012年，“矢量水听器XX及其应用”获得国家科学技术进步二等奖。2011年，项目研究成员胡博的博士论文“基于矢量阵近场声全息技术的噪声源识别方法研究”获得2011年全国优秀博士学位论文提名奖。
【项目成熟情况】根据技术成熟度的定义和划分，项目目前的技术成熟度为2级，正处于基础研究阶段。
【应用范围】船载声纳，浮标声纳，海洋监测。
7.水下甚低频声矢量场建模与声场特性
【项目概述】我国近海绝大部分属于大陆架和大陆架陡坡，海底地形复杂多变，海面、海底两个界面对声场的影响较为严重，其声矢量场特性不同于深海情况，准确预报我国海区条件下声矢量场的特性对发挥矢量水听器阵的远程探测能力，提高矢量信号抗干扰能力有着重要意义。在预研项目的支持下，哈尔滨工程大学建立了中远海海洋环境下，沉积层影响下的甚低频声传播理论模型；研究了地形结构和底质参数对甚低频声传播的影响；完成中远海海洋环境下三维甚低频声传播理论模型的建立；设计制作完成了实验用矢量水听器潜标，进行了相关的海上实验验证工作，采集了海上试验数据；编写了三维海洋环境下噪声和信号的矢量声场预报软件，可用于声矢量场干涉特性、相关特性、声能传输与分布特性、声传播波形的预报。
2020年2月，“水下甚低频声矢量场建模与声场特性”获得军队科学技术进步奖二等奖。该项目填补了复杂海洋环境下甚低频、声矢量声场建模的空白，补充了深海超远距离甚低频声场预报能力不足，开创了基于声矢量场干涉结构特征的应用研究，项目总体达到国际先进水平，声矢量场建模与特性研究居于世界领先水平。
【项目成熟情况】依托该成果，与中船重工集团有限公司第七〇五研究所、中船重工集团有限公司第七一五研究所、中船重工集团有限公司第七六〇研究所以及国防科技大学开展合作开发提供技术服务、建立了适用于具体海洋环境中的声场预报理论模型，获取了典型海域的声场特性，为声呐设备的研制提供理论基础。
【应用范围】三维甚低频水声传播理论建模的研究技术发展目标就是要确定甚低频声源激发声场的机理，明确海底介质声学特性对水声传播的影响规律和声能在水声信号和地声信号之间转换的机理，建立有效的甚低频声场预报计算模型，为研究匹配场定位、海洋声层析等环境匹配的声纳信号处理新方法、解决远程水下声通信的关键技术以及探索安静型潜艇探测的新概念、新原理、新方法奠定基础。
8.水下材料声学性能综合测试技术
【项目概述】水下声学材料种类繁多且应用情况复杂，针对不同类型的水下声学材料，开展声学性能测试技术研究具有一定的实际意义。在中国船舶集团有限公司以及总装备部预研管理中心等单位的多项研究课题支持下，哈尔滨工程大学自十一五起，针对大潜深环境开展了水下材料大样低频声学性能综合测试技术研究。首次提出了近场声全息中反对称声场映射及多途干扰和边缘效应抑制技术；提出了水下大尺度圆柱壳模型辐射声场的准远场判定方法、宽带脉冲激励源的设计方法等，解决了不同应用情况下的水下材料声学性能评价问题。自2011年开始，该综合测试技术先后应用于中国船舶集团有限公司第七研究院、第七〇一研究所、船舶系统工程研究院等多家单位，并于2016年推广应用于北京神州普惠科技股份有限公司等民营企业。
2020年，“水下材料声学性能综合测试技术”获得军队科学技术进步奖二等奖。
该成果技术较复杂，研究难度大，创新性强，可以为大潜深环境下的水声材料开发设计、测量试验及效果评估提供可靠的技术保障。在“半空间和有限空间的声学材料大样反射系数近场声全息测量方法”、“湖上大尺度模型辐射声功率测量方法”上有重大创新，在“水下大尺度圆柱壳模型辐射声场的准远场判定方法”、“宽带脉冲激励源的设计方法”及“加压柔性管阻抗失配层”方面属国内首创。整体技术达到国际领先水平。
学校所形成的综合测试技术系统拥有完全自主知识产权，解决了声学材料测试中的宽带脉冲激励问题，可应用于水下吸隔声材料的声学性能测试与评估，以及民用声学产品的性能测试和噪声控制，最低测试频率可达20Hz。
【项目成熟情况】船舶、水面舰和水下航行器等现代装备的振动与噪声不仅会产生噪声污染，还会影响其自身性能。在民用船舶领域，“商船的水下噪声对海洋生物的影响”这一议题已经开始受到各国广泛关注，并列为优先考虑事项。在军用船舶领域，水下航行体作为水下重要的探测、对抗平台，其声学特性不仅是暴露自身的主要特征，还会对自身水声探测设备产生干扰，影响探测距离和探测精度。因此，水下航行体的声学特性是各国海军最为关注的。声学覆盖层是水下航行体的一种重要的声学防护材料，在水下航行体的不同部位敷设不同结构的声学覆盖层，可实现消声、隔声、去耦、减振等功能。
由于声学覆盖层是非均匀结构材料，声学性能难以通过解析公式进行计算，所以声学性能测试是其研制过程中的一个重要环节。当声学覆盖层设计加工完成后，必须要测试声学性能，获取其在不同频率时的声学参数，以评价声学覆盖层是否满足实际需求。水下声学覆盖层的材料测量方法主要包括小样测量和大样测量。小样测量方法已经十分成熟，主要有声管中的脉冲法和驻波法，适用于中高频段。应用于低频段的声学覆盖层结构十分复杂，小样无法包含完整的声学结构，测量结果与实际情况将会有一定差距，必须开展模拟实际工作状态下的大样品低频声学性能测试方法研究。
在不同入水深度情况下，水下声学材料的性能也会有差异，为了模拟实际不同潜深环境，常采用高压水罐进行声学性能测试，因而，需要开展有限空间中声学覆盖层大样声学测量方法研究。当产品进入试制阶段后，还需要针对具体使用环境进行大模型实际敷设情况的声学性能测试，针对水下航行体航行时产生的机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，分别开展相应的声学覆盖层降噪效果测试，可以对产品的优化设计提供有针对性的指导意见。因此，由于声学覆盖层种类繁多且应用情况复杂，针对不同类型的水下声学材料，开展声学性能测试技术研究具有一定的实际意义。
该成果满足了我国声学覆盖层产品研制过程中对大样声学性能测量方面的技术需求，突破了湖上大尺度模型的宽带大功率激励源技术，解决了长期困扰国内大尺度模型远场声场测量信噪比不足的问题，所设计的加压柔性管阻抗失配层，造价低廉且取材方便，具有较高的经济效益。本项成果目前拥有自主知识产权22项，通过了成果鉴定，在多家军用单位以及民企共实现了12次应用，具有较高的推广应用前景与经济效益，目前经济效益已经超过600万元。
本测试技术成熟已达8级，经多用户充分使用，证明可行，（合作方式）可以股权投资、风险投资、合作开发的合作方式进行推广应用。
【应用范围】可应用于大潜深环境水下吸隔声材料的开发设计、测量试验及效果评估，水下航行体的辐射噪声在线预报方法模型试验验证，以及民用声学产品的性能测试和噪声控制，也可推广应用于水下航行体的辐射噪声测试评估。
二、联系方式
如您对以上成果有进一步合作交流意向，请与我们工作人员联系对接。
房经理 0531-86196383
亓经理 0531-86196382