飞机舱音记录器背景声的联合时频分析研究

飞机舱音记录器记录的舱音主要是由话语音、噪声和具有不同物理意义的背景声组成的复杂混合体,用传统的辨听和分析方法难以获取较多的舱音特征参数。本文以一个舱音记录器记录的主告警声为例,针对传统短时傅立叶变换在舱音辨听、分析的不足,将联合时频分析引入到飞机舱音分析中,扩展了舱音分析方法。对比分析结果表明:时频分布及其重排,在时频分辨率、时频凝聚性、交叉项干扰的抑制上各有所长,都适合分析非平稳舱音背景声,从而为飞行事故调查提供一种值得采用的方法。     

基于调频Z变换的均匀线列阵恒定束宽波束形成器设计

提出了基于调频Z变换(CZT)的宽带恒定束宽波束形成(CBB)方法:假设在每个子带内,各方位波束的权系数相同,推导得到:每个频率子带的权系数序列与参考频率的权系数序列的频谱相同,而在频率轴上满足比例伸缩关系,比例尺度为参考频率与相应频率子带的中心频率之比。依据此设计思想,给出有效孔径不变的CZT法(CZTIA)和有效孔径变化的CZT法(CZTVA)两种CBB实现方法。它们均是由参考频率的权系数序列,通过设定不同的参数值,采用CZT快速计算各个子带的权系数序列的频谱,然后通过傅里叶反变换便可得到相应频率子带的权系数序列。计算机仿真结果验证了理论分析的正确性。     

白噪声暴露后豚鼠耳蜗两音抑制现象的实验观察

本实验用玻璃微电极的方法记录了白噪声暴露前后，在单音和两音刺激声作用下豚鼠耳蜗第三回中阶交流感受器电位的变化，并用园窗电极引导的CAP阈值监测声损伤程度．比较单音和两音诱发的CM幅度发现：两音抑制与耳蜗的非线性特性密切相关，均依赖于耳蜗的正常生理环境；外毛细胞的双向换能作用是耳蜗非线性机械特性和两音抑制存在的前题。本实验还对中耳和刺激声谐波产生两音抑制的可能性给予排除，并介绍了实验中所用的计算机程控刺激、记录分析系统和用快速傅里叶变换（FFT）测量不同频率分量的方法。     

实用声表面波线性调频变换功率谱仪设计与分析的一些问题

声表面波(SAW)线性调频变换(CZT)信号处理技术实用化研究是超声电子学重要课题之一。本文将就实用SAW CZT功率谱仪研制中涉及的诸如频率分辨率、测频精度及结构选择等设计细节,及其噪声、温度稳定性等性能分析问题作深入讨论。     

快速傅里叶变换与线性调频Z变换联合算法在光纤法布里-珀罗传感器解调中的应用

将快速傅里叶变换(FFT)与线性调频Z变换(CZT)联合变换的方法应用到法布里-珀罗(F-P)腔传感器的解调中,从理论上分析了该方法的解调原理及误差.模拟计算得出,该联合算法解调出的腔长的相对误差达到0.01%,腔长的最大绝对误差小于0.05 μm.在对测量范围为O～3 MPa的F-P腔微机电系统(MEMS)压力传感器进行的解调试验中,该算法可以辨别0.01 MPa的压力,腔长与压力数据的拟合度为0.99316,测量压力与实际压力的标准偏差小于0.005 MPa.实验结果表明,FFT与CZT联合解调的方法可以在较少计算量的基础上达到较高的精度,满足实际需求.     

基于幅度比值的低复杂度频偏估计算法

针对在任意阶正交幅度调制(M-QAM)的相干光通信系统中发射激光器与本振激光器之间存在频率偏差的问题,提出了一种基于幅度比值的低复杂度频偏估计算法。该算法先对接收信号做快速傅里叶变换(FFT),再利用所获得的离散谱中主峰值与次峰值的关系进行频率插值,从而对频偏进行精确估计,大幅减少了运算复杂度。仿真了算法在20 Gbaud 16QAM的单偏振传输系统中的性能,并与梯度下降法(GD)和调频Z变换(CZT)的频偏估计算法进行了对比,仿真结果显示,基于幅度比值的频偏估计算法性能不随被估计信号的频率分布而产生波动,而且与3次迭代的GD算法和CZT算法精度相当,但硬件复杂度降低了约75%。     

超声速全机带动力短舱对近场压力信号和地面声爆的影响

新一代环保高效的超声速商用飞机是近年来研究的热点, 低声爆技术是关键技术之一。研究声爆的影响因素有助于推进低声爆设计技术的发展。就超声速飞机整机而言, 发动机对近场和远场压力信号及地面声爆的影响颇为重要。国内外众多学者和研究单位对此进行了研究。中国商飞北研中心针对超声速带动力对近场压力信号和声爆的影响展开了一系列研究, 选取美国AIAA声爆预测会议提供的低声爆验证标模NASA C25D, 针对通气短舱和动力短舱构型进行了数值模拟和分析研究, 采用基于Euler方法和基于RANS方法的定常计算, 通过波形参数法由近场压力信号计算地面声爆信号, 并转化为可感知强度值, 与部分参会者的结果进行了对比。总结了黏性、是否带动力对超声速飞机近场压力信号和声爆的影响, 为未来超声速商用飞机的低声爆设计储备技术基础。      

相关峰细化的精确时延估计快速算法研究

研究精确计算相关峰的方法,提高时延估计精度,改进传统的CZT算法,计算细化的频谱,降低了标准FFT计算带来的栅栏效应,利用互谱的前后两段计算相关函数的主峰波形,并建立了新的快速变换算法(FICP),相关峰可以任意“插值”而不增加计算量。采用该方法和模型,可以有针对性地利用有限范围频谱,抑制宽带噪声对时延估计的影响,提高相关峰的检测精度。     

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

针对弯掠轴流风机气动噪声问题,采用大涡模拟(LES)和基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法进行非定常计算,通过快速Fourier转换(FFT),得到风机远场气动噪声声压级分布。对比研究了三种转速下旋转区内声压级分布规律、时域及频域特性,结果表明:旋转区域内声压级随转速增加而增大,前缘分离涡在某一转速时影响区域和强度最大;在一个旋转周期内,声压脉动呈现出6个波峰与波谷,验证了叶片转动频率是风机内部气动噪声的主要激励频率.     

傅里叶光谱仪高精度光谱定标研究

为了提高傅里叶光谱仪光谱定标精度,减小光谱定标误差,基于风云四号大气垂直探测仪实验室气体池光谱定标数据,进行傅里叶光谱仪高精度光谱定标算法研究。首先,分析了傅里叶光谱仪的分光原理,并在对参考激光波数漂移、光线离轴、以及有限视场引起光谱波数偏移的原理进行分析后,得出傅里叶光谱仪光谱定标公式及定标参数的计算方法;接着分析了快速傅里叶变换(FFT)的栅栏效应和干涉图截断产生的sinc函数造成的光谱定标误差较大的原因;然后通过对比几种不同的光谱细化方法,选择高效的快速Chirp Z-transform(CZT)进行光谱细化,解决FFT光谱分辨率较低导致光谱误差较大的问题;通过对气体池参考气体在HITRAN数据库中的理论谱线,用Gaussian线型展宽并卷积sinc函数处理后作为光谱定标参考谱线的方式,减小由sinc函数引起的谱线间串扰造成的光谱定标误差,从而提高光谱定标精度。最后,使用实验测得的数据对该光谱定标算法进行验证,对比使用CZT细化光谱前后定标误差,和参考谱线处理前后的定标误差,证明该算法可以有效提高光谱定标精度,最高可将光谱定标误差减小10倍以上。     

Measurement of an individual silver perch Bairdiella chrysoura sound pressure level in a field recording

Simultaneous audio and video were recorded of a silver perch Bairdiella chrysoura producing its characteristic drumming sound in the field. The background noise contribution to the total sound pressure level is estimated using sounds that occurred between the pulses of the silver perch sound. This background contribution is subtracted from the total sound to give an estimate of the sound pressure level of the individual fish. A silver perch source level in the range 128-135 dB (re: 1 microPa) is obtained using an estimate of the distance between the fish and the hydrophone. The maximum distance at which an individual silver perch could be detected depends on the background sound level as well as the propagation losses. Under the conditions recorded in this study, the maximum detection distance would be 1-7 m from the hydrophone.     

基于局部纹理分析的红外小目标检测及其DSP实现

在红外小目标图像中,目标具有与其邻域背景明显不同的纹理和频率特征,在不同尺度和不同频率通道上有不同的表现,利用小波的多尺度分析理论,可将小目标与其邻域背景区分开。采用适合在低信噪比下小目标检测的局部纹理分析方法实现了小目标检测。为了满足红外小目标检测的实时性要求,采用TI公司的高性能数字多媒体DSP芯片实现了小目标检测系统。通过软件程序的优化设计来进一步提高程序运行速度与流水效率,具有良好的软硬件体系结构。通过对实测红外序列图像进行实验表明,所设计的系统能实时地、稳定地检测复杂背景下的1~3个像素的运动小目标。     

小波尺度相关滤波及其改进算法在电火花声源信号处理中的应用

分析提取宽带电火花声源信号,受到船舶辐射噪声的严重干扰,在5 kHz以下的能量集中区信噪比低,且二者Lipschitz指数特性相近,传统基于相邻尺度相关的滤波算法抗干扰能力有限。根据宽带电火花声源信号不同频带所受干扰的不同,信噪比较高的小尺度高频小波系数,采用相邻尺度相关的滤波算法;信噪比较低的大尺度中低频小波系数,采用跨尺度相关的滤波算法,并对算法中阈值系数的选取方法进行修正。结果表明,该算法滤波效果良好,有效的提取了电火花声源信号,适合窄带强干扰背景噪声下的宽带水声信号处理。      

高精度球面阵聚焦声源定位方法研究

提出了一种高精度高空间分辨率球面阵聚焦声源定位方法——虚拟源法。该方法通过球面阵波束扫描获得实际声源的空间聚焦谱,并假定各扫描点为虚拟声源,将实际声源聚焦谱看作是全体虚拟源共同作用的结果,由此得到各虚拟源对声场的贡献量,从而可实现声源精确定位。仿真研究分析了频率,阵列孔径,声场模态阶数,信噪比等参数对声源定位性能的影响,并与常规算法进行对比。结果显示,该方法不受频率和阵列孔径的限制,避免了空间“混淆”,能够进行高精度高分辨率声源定位,并具有良好的背景噪声抑制能力。      

Experimental research into time–frequency characteristics of cavitation noise using wavelet scalogram

The cavitation has become the main cause of the damage to the hydraulic machine. Cavitation detection is very important to guarantee the safe running of the hydraulic machine. The sound, especially the audible sound, based methods are becoming attractive due to their simplicity and logicality in the application. However, the cavitation noise is easy to be contaminated by the background noise. In order to understand the characteristics of the cavitation noise deeply, using the wavelet scalogram analysis, this paper presents an experimental study to investigate the time–frequency characteristics of the cavitation noise of various cavitation states and the relation between the cavitation noise and the cavitation process. In addition, the method of parameters optimization for the wavelet is used to improve the transform performance of the wavelet scalogram. The results show that: the cavitation noise is composed of the components with wide band frequency and obvious impulse feature; but the cavitation noise of different cavitation stages has different time–frequency characteristics and compositions; in addition, the cavitation noise can be distinguished from the background noise because they have totally different frequency characteristic. This study validates that the cavitation noise can be used to detect the cavitation state and monitor the cavitation process.     

Empirical refinements applicable to the recording of fish sounds in small tanks

Many underwater bioacoustical recording experiments (e.g., fish sound production during courtship or agonistic encounters) are usually conducted in a controlled laboratory environment of small-sized tanks. The effects of reverberation, resonance, and tank size on the characteristics of sound recorded inside small tanks have never been fully addressed, although these factors are known to influence the recordings. In this work, 5-cycle tone bursts of 1-kHz sound were used as a test signal to investigate the sound recorded in a 170-l rectangular glass tank at various depths and distances from a transducer. The dominant frequency, sound-pressure level, and power spectrum recorded in small tanks were significantly distorted compared to the original tone bursts. Due to resonance, the dominant frequency varied with water depth, and power spectrum level of the projected frequency decreased exponentially with increased distance between the hydrophone and the sound source; however, the resonant component was nearly uniform throughout the tank. Based on the empirical findings and theoretical calculation, a working protocol is presented that minimizes distortion in fish sound recordings in small tanks. To validate this approach, sounds produced by the croaking gourami (Trichopsis vittata) during staged agonistic encounters were recorded according to the proposed protocol in an 1800-l circular tank and in a 37-l rectangular tank to compare differences in acoustic characteristics associated with tank size and recording position. The findings underscore pitfalls associated with recording fish sounds in small tanks. Herein, an empirical solution to correct these distortions is provided.     

基于多光谱辐射特性的高速目标识别定位系统

为了实现高速目标的快速识别及定位,采用多光谱辐射与声定位技术联用,在被动探测的状态下快速获取被测目标爆炸波的光谱特性及声特性,从而分析判断其种类、位置等重要参数信息。推导了多光谱辐射目标识别检出公式,计算了采用激波声定位方法获取光程距离的精度及合理的积分时间。实验分别采用5.56 mm北约弹、7.62 mm 56式步枪弹、12.7 mm 54式机枪弹作为被识别目标弹丸,通过丹麦B&K公司的2209脉冲声压计完成声压峰值采集,获得了三种目标弹丸的速度、距离信息。由静态傅里叶变换干涉系统与ICX387AL型CCD完成干涉条纹的采集,再将获得的光程信息代入多光谱目标识别算法中,从而通过目标的光谱特性识别弹丸的类型。实验结果显示,5.56 mm北约弹的三个特征波长位置幅值接近,966 nm位置处幅值最大;7.62 mm步枪弹在935 nm位置上幅值最大,其他两个位置上幅值相近;12.7 mm机枪弹的三个波长呈阶梯状分布。在多次测试过程中,经光谱标定、特征波长提取等方法对采集得到的三组光谱数据均可成功识别弹丸的种类并给出目标位置,满足设计要求。     

开孔结构流致噪声的数值模拟和机理分析

飞机机体表面的开孔设计会形成空腔结构,产生空腔流致噪声。空腔噪声的控制需要彻底认识其流动和噪声机理。以飞机的功能性开孔为例,通过半经验公式分析了其空腔噪声频率随速度的变化规律,预测了出现流声共振的工况。空腔发生流声共振时,特定频率的纯音噪声会被放大。为此,采用脱体涡模拟方法开展了开孔结构流声共振的三维非定常数值计算,分析了其流场和声场特性。其中,数值方法的准确性通过圆形空腔标模计算进行验证。结果表明,在一定速度下剪切层内的扰动将诱发空腔深度方向声模态,出现流声共振现象。此时,剪切层表现为强烈的周期性上下拍动,空腔底部和后缘区域的局部压力脉动幅值较大,声波主要由空腔后缘向上游方向辐射,上游噪声大于下游。