[发明专利]一种基于混沌摆结构对船舶周期振动信号的隐藏和伪装方法

权利要求书

1.一种基于混沌摆结构对船舶周期振动信号的隐藏和伪装方法，其特征在于，包括以下步骤；

建立具有混沌摆结构的浮筏隔振系统模型：

由轻质连杆和质量集中摆锤构成混沌摆结构，将该结构安装于中间筏体中部，混沌摆结构上方为上层隔振器，下方为下层隔振器，并使其具有周向运动自由度，同时考虑隔振系统的纵向振动，形成混沌摆—浮筏耦合系统，此时混沌摆—浮筏耦合系统的动力学模型和通过如下能量函数描述；

系统的动能：

势能：

考虑上层隔振器、下层隔振器和混沌摆运动中的阻尼影响，且阻尼系数分别为c_i,c_f,c₀，混沌摆—浮筏耦合系统的耗散函数D可表示为：

通过作用于摆结构上的主动力F和转动频率Ω₀调整系统的耦合响应，此时混沌摆—浮筏耦合系统的广义力Q_θ表示为：

Q_θ＝Fl cos(Ω₀t) (4)

上述式(1)—(4)中，J表示摆绕轴线的转动惯量，m₀为摆的质量，l为摆的长度，g表示重力加速度，中间层筏体质量为m_f，基础运动位移为s(t)，t为响应演化时间；筏体上安装的第i个机组的质量表示为m_i，其绕轴线旋转的质量偏心距为e_i，轴系转速为Ω；采用隔振系统纵向运动坐标和摆结构的旋转角度为系统的广义坐标q＝{y_i,y_f,θ}，其中y_i表示第i个机组的位移，y_f为中间筏体运动位移，θ是摆的旋转角度；

将上述式(1)—(4)代入Lagrange方程：

可得具有非线性混沌摆的单机组隔振系统动力学模型：

考虑到船舶航行时的随机工况，引入作用在伐体上的随机激励和基础运动，并为使分析具有一般性，通过对式(6)无量纲化后，具有混沌摆结构的浮筏隔振系统随机运动方程可表示为：

其中，W(t)表示作用在船体的随机激励，σ为激励强度；θ分别表示转子、筏体和摆的无量纲幅值；f、f_s、f₀分别为无量纲下转子工作频率、基础周期激励频率和摆的激励频率；ζ为上层隔振器阻尼比；K_n、C_n分别是下层隔振器与上层隔振器刚度和阻尼的比值；C_n0为摆与上层隔振器阻尼的比值；n、n0分别表示筏体质量与转子和摆的质量比；E为无量纲偏心距，为摆的激励幅值，G为摆的无量纲重力，A为船体基础周期运动幅值，τ为无量纲时间；

所述的式(7)反映了在随机激励下具有混沌摆结构的浮筏隔振系统耦合动力学模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于混沌摆结构对船舶周期振动信号的隐藏和伪装方法，其特征在于，所述的摆结构设计中其质量通常可取为筏体质量的千分之一，即n＝1000；同时，施加于摆的周向激励幅取为0.165。

3.根据权利要求1所述的一种基于混沌摆结构对船舶周期振动信号的隐藏和伪装方法，其特征在于，所述的式(7)具体分析过程如下：

当f₀＝0时，即式(7)表现为不含混沌摆的隔振系统，通过对该动力学模型的数值仿真，可以看出：此时，在噪声工况下，系统响应的频谱中包含明显的主机周期振动信号，且幅值较大，该信号的特征能够直接反映出主机组旋转机械的工作频率，在船舶航行情况下，以该频率为代表的机组固有特征和工作状态极易通过船体传递到海洋中，而轻易被敌方识别；

此时，若运行安装在筏体上的混沌摆系统f₀＝1.65，主机振动信号频率f＝0.25，则迅速隐藏在耦合信号中，摆的非线性特征形成伪装频率成分f_p＝0.16；

在此结构状态下，通过对式(7)的数值仿真，可以发现该响应信号表现为混沌序列，对微小扰动具有响应敏感性特征，因而，在海洋工作环境中，从机理上无法通过对该信号的逆处理而解析原始频率分量，从而实现关键信号的隐藏和伪装。