[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

说明书

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，通过数值仿真，对该系统在船舶主机振动频率的隐藏和伪装效果进行了验证，当机组主信号经船体辐射达到某一给定阈值时，通过调整作用在混沌摆上的主动激励强度和频率，使整个隔振系统响应表现为混沌摆的振动特征，形成具有连续谱分量和伪装频率的混沌耦合信号。利用海洋环境的随机性特点和混沌行为对随机状态的敏感性原理，隐藏并伪装船舶推进轴系的主机振动信号等关键信息。

技术领域

本发明涉及船舶机械安全保障技术领域，特别涉及一种基于混沌 摆结构对船舶周期振动信号的隐藏和伪装方法。

背景技术

船舶设备的噪声主要来源于螺旋桨、操纵装置、主辅机等引起的 机械设备振动，这些周期振动信号通常包含明显的旋转机械固有特征 和工作频率，通过数据处理和技术解析能够轻易地反映出舰船推进轴 系的主机信息。该信号通过船体不断向水中辐射，在船体周围形成一 个强大的声源，这种信号易被敌方在多领域部署的声呐等多种设备的 探测和搜索，从而暴露我方舰艇的具体参数和技术指标，严重影响船 舶特别是水下舰艇的战斗力，在战时甚至遭到敌方武器有针对性地打 击，其后果不堪设想。因此主机振动信号在复杂环境下，特别是强电 磁干扰下的隐蔽性能关系到舰艇的生存能力。而目前，现有的技术手 段尚无法做到低频的主机信号完全消除，因此振动信号的隐藏伪装技 术可作为一种保护舰船关键信息的被动防御手段，降低舰船被敌侦测 后的进一步识别和破解风险，延误并误导敌方作战指挥系统，提高其 作战生存能力。由于西方发达国家的技术封锁，国内舰艇水下噪声控 制起步较晚，无论船舶隔振系统的动力学基础理论研究还是装备制造 领域，我国的隔振技术和隐藏性能与世界先进水平还存在很大的差距， 而掌握该技术对舰船特别是水下舰艇的隐蔽性能至关重要。

目前，工程上针对船舶推进轴系工作产生的振动信号主要通过转 子的高精度动平衡技术、机组隔振装置(单层隔振、双层隔振、浮筏 隔振等)、低噪音技术(电力推进、船体外形设计等)，材料消声技术 (消声瓦、消声涂层等)等手段来抑制由旋转机械设备产生信号的振 动水平，降低主要频率分量的幅值，实现被动减振降噪。这些方法虽 能在一定程度上减少信号的辐射强度，降低被船舶侦测的风险，但目 前的技术在背景噪声较低时仍无法达到良好的静音和隐藏效果，特别 是水下舰艇在远洋和深海区域航行时，经船体辐射的机组运行信号往 往具有较高的信噪比，易被截获并存在泄露装备关键信息的风险。另 外，海浪的激励形式具有明显的不确定性，在海洋或武器强冲击激励 下，机组的隔振装置的减振降噪效果将受到严重挑战，在战时等极端 航行条件下容易导致控制失效而出现频率放大。而现有的技术手段尚 未提出在控制失效时如何保护舰船设备关键信息的有效防御方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基 于混沌摆结构对船舶周期振动信号的隐藏和伪装方法，提出的主机 振动信号伪装方法可以作为保护舰船作战安全的一种被动防御手 段，利用海洋环境的随机性特点和混沌行为对随机状态的敏感性原 理，隐藏并伪装船舶推进轴系的主机振动信号等关键信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

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，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：