舰船噪声调制谱谐波族结构特性理论分析

通过理论推导和样本分析,研究了舰船噪声调制谱谐波族特征蕴含的结构特性和应用于识别的相关问题。针对螺旋桨叶片数识别问题,建立了螺旋桨空化噪声信号模型。进而根据模型理论上推导了谐波族结构特性的表达式,并对叶片数类空间进行了分析,分析结果可作为专家知识应用于识别。然后,以采用小波包分析提取的大量海上实测目标特征样本为基础对结构特性进行了验证,结果表明:统计平均结果与结构特性表达式完全一致,且78．6％的样本基本符合结构特性。     

舰船噪声听觉节奏特征

舰船噪声调制包络能反映舰船噪声听觉节奏特征,但在对其进行谱分析和特征提取过程中会损失部分信息。直接将舰船噪声包络可视化,并采用简单的人机交互提取特征量,对噪声分析和识别是有利的。包络分析采用多子带融合方法,将"最优"调制包络看作一种随机过程,并将舰船噪声的多子带检波信号看作是对"最优"调制包络的一次观测,对其作循环相关,用有限次观测的集种平均作为"最优"包络的估计,从而得到多子带融合包络,舰船噪声实测数据验证了该方法的有效性。     

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。     

舰船辐射噪声的动态识别

以舰船辐射噪声的包络谱分析为基础,讨论了舰船包络谱的特点和提取的方法。据此提出了一种新的目标识别方法。该方法能有效提高舰船噪声识别系统的识别准确率,还可同时获得有关目标舰船的重要运动要素。     

一种从辐射噪声中提取调制谱的方法

在水下航行器的辐射噪声中,螺旋桨节拍对航行器的宽带辐射噪声存在着明显的振幅调制,调制频率与航行器螺旋桨的转速有关。该特征可用于估计航行器的速度及目标分类与识别。本文利用子波变换原理,从实测的航行器辐射噪声中提取了它的调制谱,并据此对螺旋桨转速进行了估计,计算机仿真结果与实测的螺旋桨的转速具有良好的一致性。     

舰船噪声节奏的研究(Ⅱ)——自相关函数及节奏信息的提取

在前一篇文章的基础上,本文计算了叠加型调制的功率谱密度以及各种调制类型的自相关函数,与实验结果符合良好。研究结果表明,从舰船辐射噪声调制包络的功率谱密度和自相关函数中可以提取与舰船各种物理属性有关的丰富的节奏信息,同时探讨了提取这些节奏信息的有效方法。     

提取螺旋桨识别特征的二种途径

本文给出海上实验数据表明舰船噪声在几十赫以下频段有着很强的低频线谱,这些线谱与螺旋桨转速等工作特征紧密联系在一起.所以螺旋桨识别特征的提取除了从解调制谱线谱来得到外,还可直接从低频线谱来得到,本文讨论了在噪声中低频线谱和解调制谱线谱的检测性能,在噪声掩盖下,低频线谱的信号高度与信噪比成正比,而解调制谱线谱的信号高度随信噪比下降是非线性的,当信噪比大时下降得很慢,当信噪比小时下降得很快.     

基于DEMON线谱的轴频提取方法研究

目标的螺旋桨不同则轴频不相同。轴频是目标的特征之一,可以应用于目标识别当中。本文提出一种改进的高频噪声解调分析(DEMON)方法,能够得到具有明显线谱的DEMON谱;提出最大公约数算法,并给出提取轴频的具体步骤。海试数据实验结果验证了本文所提方法及算法的有效性和可行性。     

舰船目标红外图像特性研究

针对成像型反舰导弹所获红外图像的特点,分析了舰船目标和海天背景的红外辐射特性,得知舰船目标红外图像有一重要特征-海天线,它可以确定目标的所在区域。为了舰船目标的跟踪定位,对舰船目标红外图像中的海天线特征进行研究,提出一种基于预处理和直线拟合法提取海天线特征的算法,首先对图像进行边缘检测得到梯度图像,进而二值化并细化,最后利用Hough变换提取海天线。结果表明,在低对比度和有云团干扰的情况下,该算法与改进的直线拟合法相比,能够有效地、准确地提取舰船目标红外图像中海天线特征。     

舰船螺旋桨轴频估计中线谱要素提取算法

舰船辐射噪声DEMON谱(调制解调谱)线谱要素提取是舰船螺旋桨轴频估计中的关键步骤。现有的线谱提取技术主要用于功率谱线谱检测,侧重于线谱频率的确定,不能满足舰船螺旋桨轴频估计需求。本文根据DEMON谱线谱的特点及人工提取线谱的过程,设计了一种新的线谱要素提取算法,改进了谱峰筛选技术,将多时刻的DEMON线谱基于最大似然估计和谱峰序列相似度加以融合决策,最终确定了线谱频率和幅值(峰值)及边界。通过实际数据验证,此线谱要素提取算法更适用于螺旋桨轴频估计,可提高轴频估计的准确率。     

Theoretical analysis of the ship noise demodulation spectrum harmonic clan feature

The structure law of the ship noise demodulation spectrum harmonic clan feature and corresponding applications to the recognition problem are studied by theoretical derivation and sample analysis.In order to recognize the propeller blade-number,the ship propeller cavitation noise model is established on the basis of five hypotheses.Further,the mathematical expressions of the structure law are deduced by the model.And the class space of the propeller blade-number is analysed mathematically.The results can be applied to target recognition as expert knowledge.Finally,the demodulation spectrum harmonic clans of experiment samples are obtained by using the wavelet packet.The structure law is validated by the statistic analysis of experiment samples.It is shown that the statistical average results of experiment samples are consistent very well with the theory structure law,and 78.6% of the samples basically accord with the theory structure law.     

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。      

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.     

Listening experience with iterated rippled noise alters the perception of 'pitch' strength of complex sounds in the chinchilla

Behavioral responses obtained from chinchillas trained to discriminate a cosine-phase harmonic tone complex from wideband noise indicate that the perception of 'pitch' strength in chinchillas is largely influenced by periodicity information in the stimulus envelope. The perception of 'pitch' strength was examined in chinchillas in a stimulus generalization paradigm after animals had been retrained to discriminate infinitely iterated rippled noise from wideband noise. Retrained chinchillas gave larger behavioral responses to test stimuli having strong fine structure periodicity, but weak envelope periodicity. That is, chinchillas learn to use the information in the fine structure and consequently, their perception of 'pitch' strength is altered. Behavioral responses to rippled noises having similar periodicity strengths, but large spectral differences were also tested. Responses to these rippled noises were similar, suggesting a temporal analysis can be used to account for the behavior. Animals were then retested using the cosine-phase harmonic tone complex as the expected signal stimulus. Generalization gradients returned to those obtained originally in the na?ve condition, suggesting that chinchillas do not remain "fine structure listeners," but rather revert back to being "envelope listeners" when the periodicity strength in the envelope of the expected stimulus is high.     

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。      

随机共振法估计二水听器时延差

针对二元阵航船目标方位估计问题,提出了一种基于随机共振滤波的航船辐射噪声双水听器时延差估计方法。设计了一种随机共振滤波器,提取航船螺旋桨旋转噪声在水听器接收信号中出现的本地时间,并通过滤波结果的互相关来估计目标辐射噪声分别到达两个水听器的时延差。在5 dB的输入信噪比下进行200次仿真,提出方法时延估计的归一化均方误差要低于互谱方法一个数量级。对于海试中的非合作航船,提出的方法可以在1 km距离下准确估计出目标辐射噪声到达双水听器的时延差,从而为在二元阵上实现对航船目标的准确测向提供基础。      

Inverse problem of ship propeller cavitationnoise radiation

I.IntroductionInthecourseofnavigation,shipsinevitablyproducevariouskindsofnoiseradiation,whichbringusimportantinformation.Ononehand,manyresearchersdevotethemselvestothestudyofthetime-frequency-amplitudedomaincharacteristicsoftheshipnoiseradiationfield,whichistheregularmethodforstudyingthenoiseradiation,i.e.,thedirectproblem.ontheotherhand,theyareworkinghardatmakinguseofthelloiseradiationtoinferthestateofshipnavigationandtheconditionofthemainaPparatusonboard,etc.,andthisistheinverseproblemofthe…     

改进的梅尔倒谱系数在低空飞行器特征提取中的应用*

梅尔倒谱系数特征提取技术依据人耳的感知特性将声信号从线性频域转换到梅尔域,在语音识别中得到广泛应用。该文将梅尔倒谱系数技术用于小型低空飞行器的声信号特征提取中,并针对螺旋桨驱动类的小型低空飞行器具有稳定的强谐波特性,对梅尔倒谱系数特征提取中使用的梅尔滤波器进行改进,通过对此类谐波处的线性频谱与梅尔谱转换曲线的斜率进行投影替换,提高滤波器对该谐波处信号的感知敏感度。仿真结果表明,使用改进的梅尔倒谱系数特征提取方法对小型低空飞行器进行特征提取时,能够得到更低的等误识率,并且在低信噪比环境中,改进的梅尔倒谱系数特征提取方法具有更好的抗噪能力。     

水下对转螺旋桨流致辐射噪声机理与预报方法*

水下对转螺旋桨流致辐射噪声的预报对于水下目标的特征提取和分类识别具有重要意义。由桨叶的旋转引起的湍流场是水下对转螺旋桨流致辐射噪声的源场。分述了水下对转螺旋桨湍流边界层脉动、旋转干涉效应和空化效应引发的水动力噪声机制和研究进展,比较了目前工程应用中的3种对转螺旋桨流致辐射噪声预报方法的特点。在分析对转螺旋桨流致辐射噪声数值预报难点的基础上,综述了对转螺旋桨流致辐射噪声计算方法的研究进展,指出间接数值模拟方法是工程中进行对转螺旋桨流致辐射噪声预报的有效方法。     

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。