舰船多辐射声源近距离通过特性的仿真

由于舰船三个特定部位(尾部、中后部、中部)的辐射噪声具有明显不同的功率谱特征,利用这些特征具有实际的意义。我们采用简化的近距离舰船辐射噪声三亮点模型来逼近舰船这三个特定部位的辐射噪声中的连续谱结构,采用时间滑动的卷积算法来重构舰船某一辐射噪声源的噪声序列,重构的噪声序列同时具有要求的幅度概率分布和功率谱形状。在重构不同辐射声源时域信号的基础上,对舰船辐射噪声的通过特性以及三个辐射噪声源在不同的接收位置的影响进行了仿真。仿真结果与实测的某型舰船的通过频谱结果相比较,表明其频域特征是大体一致的。     

遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。     

基于模型匹配的舰船螺旋桨噪声特征精细分析

在双螺旋桨舰船噪声包络建模的基础上,研究了双桨目标调制谱谐波族特征的结构问题,并对海试中发现的"伪桨"现象进行了分析,从理论上解释了谐波族结构发生畸变的原因。进一步采用模型基特征提取技术,研究了基于模型匹配的舰船螺旋桨噪声特征精细分析方法,提取了舰船噪声包络波形精细结构特征。海试信号分析表明,舰船螺旋桨噪声特征精细分析有助于提取更多的螺旋桨物理特征及周期性调制信息,进而提高舰船目标的识别率。      

改善船舰噪声听觉辨识的特征注入法

为提高声纳员对舰船噪声的听测识别水平,本文提出了特征注入法及其实现方法。该方法通过对指定子带重构、子带加权重构和特征子带注入法三个核心环节的建模仿真,对船舰噪声进行重构,进而对重构后的舰船噪声进行听测识别和谱分析,并根据分析结果对重构方案进一步优化调整。结果表明,采用合理重构方案的特征注入法能有效改善人耳的听测辨识效果。     

海面波浪对海洋环境噪声垂直空间相关性的影响

研究了由海浪谱导得的噪声源的相关函数对海洋环境噪声垂直空间相关性的影响。常用的海洋环境噪声空间相关性模型一般假设海面噪声源是非相关的,这种假设可以解释一些物理现象,但是与真实情况并不符合。考虑到风成噪声与海浪运动的相关性,引入海浪谱,得到噪声源的相关函数,利用Kuperman-Ingenito (K/I)噪声模型,计算海洋环境噪声的垂直相关性。通过仿真结果与实验数据对比可以看出,在高风速下,假设噪声源不相关时计算得到的噪声场垂直相关性与实验结果相差较大,而利用由海浪谱导得的噪声源的相关函数计算得到的噪声场的垂直相关性与实验结果符合较好。      

利用自相关函数和双耳自相关函数分析对交通噪声特征参量的提取~

对实地双通道测量获得的道路交通噪声和铁路噪声信号样本进行了自相关函数和双耳自相关函数(Interaural CrossCorrelation Function)的分析。进而通过对噪声样本时间因子和空间因子的相关性分析、主成分分析和主观评价实验,得到了3个铁路噪声源特征参量物理因子和4个道路交通噪声源特征参量物理因子。发现与传统的声压级测量相比,表征声音信号时间特性和空间特性的这7个物理量可以更全面、准确地表征交通噪声的特性。在对道路噪声进行测量或分析时,掌握与声源视觉宽度和音调感相对应的物理因子以及双耳时延和初始能量,就可获悉与人的主观评价相一致的道路交通噪声特征信息;对铁路噪声而言,掌握与声源视觉宽度相对应的物理因子以及双耳时延和声音的重复性特征,就可以得到与入主观评价相一致的铁路噪声特征信息。综合道路噪声特征参量和铁路噪声特征参量可以发现,双耳时延和与声源视觉宽度相对应的物理因子是与人的主观反应最为一致的主成分指标,说明噪声中决定人的评价的最主要的因素是代表空间特征的信号因子。      

非线性一维光子晶体反射谱的多值特征研究

以含有一层kerr非线性介质的一维光子晶体为对象,基于子层逆向递推算法,给出了非线性反射谱一种简单有效的数值计算方法.基于此方法得到了该结构在1 535~1 565nm范围内的非线性反射谱.当输入光强高于阈值时,缺陷模缓慢移动并出现弯曲倾斜的多值特征.分析了上跳波长、下跳波长随输入光强的变化趋势.研究了线性周期介质和非线性介质结构参数对反射谱的影响.研究表明:增加周期介质的周期、高低折射率比和非线性层厚度都能使缺陷模变窄,输入光强阈值和上跳波长、下跳波长的阈值波长降低;而非线性介质的三阶非线性系数增大时,输入光强阈值降低,但缺陷模宽度、上跳波长和下跳波长的阈值波长没有明显改变.这种多值特征对于设计光学开关、光学滤波器等有着重要的指导作用.     

基于多途信道的舰船辐射噪声功率谱密度估计*

针对低信噪比下利用单水听器估计辐射噪声功率谱密度精度较差的问题,提出一种基于多途信道传输函数估计的垂直阵测量估计1 m处舰船辐射噪声功率谱密度的方法。该方法将信道传输函数表示为多途路径近场阵列流形向量的叠加,较快地估计了信道传输函数,将其用于舰船辐射噪声功率谱密度估计,可较简便地估计距声中心1 m处辐射噪声的功率谱密度,即谱源级。分析了产生功率谱密度估计误差的原因,包括信道估计误差和环境噪声引起的误差,为降低估计误差提供了理论依据。仿真结果表明,该方法估计1 m处辐射噪声功率谱密度的性能良好。     

融合梅尔谱增强与特征解耦的噪声鲁棒语音转换

提出了一种融合梅尔谱增强与特征解耦的噪声鲁棒语音转换模型,即MENR-VC模型。该模型采用3个编码器提取语音内容、基频和说话人身份矢量特征,并引入互信息作为相关性度量指标,通过最小化互信息进行矢量特征解耦,实现对说话人身份的转换。为了改善含噪语音的频谱质量,模型使用深度复数循环卷积网络对含噪梅尔谱进行增强,并将其作为说话人编码器的输入;同时,在训练过程中,引入梅尔谱增强损失函数对模型整体损失函数进行了改进。仿真实验结果表明,与同类最优的噪声鲁棒语音转换方法相比,所提模型得到的转换语音在语音自然度和说话人相似度的平均意见得分方面,分别提高了0.12和0.07。解决了语音转换模型在使用含噪语音进行训练时,会导致深度神经网络训练过程难以收敛,转换语音质量大幅下降的问题。     

融合支持向量机和特征降维方法的人-椅系统振动模型研究

人-椅系统的振动传递特性受人体体征参数、座椅结构、乘坐环境等多种复杂因素影响。在人体振动实验研究的基础上,寻求构建一种基于支持向量机回归的座椅频响函数预测模型,分别采用递归特征消除法和主成分分析法对人体体征参数进行降维,并将低维特征输入预测模型,以实现对人-椅系统频响函数及其正交轴效应的预测。结果显示,相比传统支持向量机回归模型,应用主成分分析法降低体征参数关联,可以显著降低模型预测误差,预测值与实测值拟合度可达92%。通过递归特征消除法剔除次要体征参数,可进一步提升预测精度,预测值与实测值拟合度达94%。研究表明,基于特征降维优化的支持向量机回归预测模型能够有效筛选人体振动模型中输入参数的冗余信息,并提升座椅频响函数的计算效率和预测精度。     

参数未知的舰船辐射噪声检测方法

舰船辐射噪声的检测方法已有广泛研究,其中线谱特征是检测的重要依据。基于线谱特征的舰船辐射噪声检测方法常需要线谱数目、频率等参数作为检测的先验信息,这些信息不准确或无法确知时,检测方法的性能会受到显著影响。针对实际应用中对于未知舰船无法获得其参数信息的情况,研究基于连续谱谱峰特征的更为一般性的信号存在性检测方法。将窄带信号瞬时频率分析的思想扩展到舰船辐射噪声这类宽带信号,从信号频率与能量分布的角度推导得到宽带信号"瞬时频率"的近似表示式。构建宽带信号的瞬时频率检测器,并对其性能进行理论分析,结果表明该检测器的性能主要受舰船辐射噪声瞬时频率方差以及接收信噪比影响。通过计算机仿真和实际数据对算法的性能进行了验证。      

Frequency domain analysis and identification of block-oriented nonlinear systems

Block-oriented nonlinear models including Wiener models, Hammerstein models and Wiener-Hammerstein models, etc. have been extensively applied in practice for system identification, signal processing and control. In this study, analytical frequency response functions including generalized frequency response functions (GFRFs) and nonlinear output spectrum of block-oriented nonlinear systems are developed, which can demonstrate clearly the relationship between frequency response functions and model parameters, and also the dependence of frequency response functions on the linear part of the model. The nonlinear part of these models can be a more general multivariate polynomial function. These fundamental results provide a significant insight into the analysis and design of block-oriented nonlinear systems. Effective algorithms are therefore proposed for the estimation of nonlinear output spectrum and for parametric or nonparametric identification of nonlinear systems. Compared with some existing frequency domain identification methods, the new estimation algorithms do not necessarily require model structure information, not need the invertibility of the nonlinearity and not restrict to harmonic inputs. Simulation examples are given to illustrate these new results.     

船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导线谱噪声分析

对船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导的线谱噪声进行了研究,主要目的在于螺旋桨非定常推力脉动理论预报方法的验证。基于速度势面元法计算得到非均匀流场中无空泡螺旋桨的推力脉动,在大型循环水槽中利用非定常动力仪测试得到全附体船后螺旋桨的脉动推力,以脉动推力作为声源项预报得远场线谱噪声。一阶叶频非定常推力系数理论计算值与试验值最大相差29.3%,由此引起的线谱噪声差别为3.0 dB。上述结果表明,面元法预报船后螺旋桨非定常推力脉动已达到较高精度,为船舶螺旋桨低频线谱噪声的预报提供了物理基础和重要参数。      

Propeller sheet cavitation noise source modeling and inversion

Propeller sheet cavitation is the main contributor to high level of noise and vibration in the after body of a ship. Full measurement of the cavitation-induced hull pressure over the entire surface of the affected area is desired but not practical. Therefore, using a few measurements on the outer hull above the propeller in a cavitation tunnel, empirical or semi-empirical techniques based on physical model have been used to predict the hull-induced pressure (or hull-induced force). In this paper, with the analytic source model for sheet cavitation, a multi-parameter inversion scheme to find the positions of noise sources and their strengths is suggested. The inversion is posed as a nonlinear optimization problem, which is solved by the optimization algorithm based on the adaptive simplex simulated annealing algorithm. Then, the resulting hull pressure can be modeled with boundary element method from the inverted cavitation noise sources. The suggested approach is applied to the hull pressure data measured in a cavitation tunnel of the Samsung Heavy Industry. Two monopole sources are adequate to model the propeller sheet cavitation noise. The inverted source information is reasonable with the cavitation dynamics of the propeller and the modeled hull pressure shows good agreement with cavitation tunnel experimental data.     

Non-cavitating propeller noise modeling and inversion

Marine propeller is the dominant exciter of the hull surface above it causing high level of noise and vibration in the ship structure. Recent successful developments have led to non-cavitating propeller designs and thus present focus is the non-cavitating characteristics of propeller such as hydrodynamic noise and its induced hull excitation. In this paper, analytic source model of propeller non-cavitating noise, described by longitudinal quadrupoles and dipoles, is suggested based on the propeller hydrodynamics. To find the source unknown parameters, the multi-parameter inversion technique is adopted using the pressure data obtained from the model scale experiment and pressure field replicas calculated by boundary element method. The inversion results show that the proposed source model is appropriate in modeling non-cavitating propeller noise. The result of this study can be utilized in the prediction of propeller non-cavitating noise and hull excitation at various stages in design and analysis.     

不均匀伴流场中螺旋桨空化的黏性流数值模拟和低频噪声预报

阐述了采用空化黏流CFD瞬态模拟和脉冲球形气泡辐射噪声理论相结合的思路在螺旋桨空化低频噪声谱预报上的应用方法。预报了全附体SUBOFF潜艇标称伴流条件下的NSRDC4383五叶大侧斜桨和某七叶大侧斜桨的片空化低频噪声谱,分析了桨叶负载和空化程度对线谱成分及其谱源级的影响。空化模拟时采用作者提出的且可信性经过验证的改进Sauer空化模型和修正SST湍流模型。噪声谱预报时空化体积由空化特征长度求取,较空泡表面球形等价假设更加合理。计算表明,七叶桨较五叶桨的确具有负载小、空化初生延迟、空化低频线谱噪声低的特征。在相同的基于航速的空化数下,非均匀进流与桨叶相互作用会明显增加线谱成分及其谱源级。在伴流、空化数和转速一定时,随着负载减小,推力、力矩和桨叶空化面积均会减小,但空化体积加速度幅度却变大,离散线谱噪声级增加且由奇次谐频为主转变为以偶次谐频为主;当仅减小空化程度时,谐频线谱成分明显被抑制,且1 kHz频率处谱源级减小2.54 dB。较完整地构建了螺旋桨空化水动力和噪声性能评估的数值平台,可用于指导艇尾低噪声桨的数值设计。      

船舶典型结构损耗因子试验及应用研究

损耗因子是衡量系统阻尼特性并决定其振动能量耗散能力的重要参数,对船舶水下噪声预报分析具有重要影响。针对船舶结构特点,选取内底板、舱壁板和甲板等典型结构建立试验模型,基于瞬态衰减法,对船舶典型结构损耗因子进行测试,分析、掌握其特性规律。在此基础上,开展船舶典型结构损耗因子水下噪声预报应用研究,结果表明,损耗因子对船舶水下噪声具有较大影响,进行船舶水下噪声预报时需开展相关损耗因子测试。     

船舶辐射噪声解调谱相位耦合特性与应用

研究了船舶辐射噪声解调谱谐波线谱的相位特性,通过对实际船舶辐射噪声数据分析,指出船舶辐射噪声解调谱线谱中轴频线谱相位和部分谐波线谱相位之和,与叶频线谱相位的差值为零或为一常数,即存在相位耦合关系。给出了频率具有耦合关系、相位差为非零常数谐波信号的高阶累量,并对这种谐波信号的高阶谱进行了仿真计算。研究了船舶辐射噪声解调谱线谱相位耦合特性的利用方法,通过对部分典型弱调制噪声信号高阶谱分析,指出利用相位耦合关系可以提高弱解调谱船舶目标的螺旋桨参数特征提取能力。