船舶辐射噪声信号仿真及评价

船舶辐射噪声信号仿真应尽可能多地仿真特定船舶辐射噪声的信号特征,达到具体应用对信号仿真度的要求。对船舶辐射噪声仿真信号进行评价,是调整仿真参数和判定仿真信号是否达到要求的必要步骤。该文给出了一套对实测船舶辐射噪声信号进行重构仿真及评价的方法,仿真过程考虑了信号的听觉、连续谱、调制谱和线谱特征,评价方法对各特征进行指标提取和量化,并通过实测与仿真信号之间的相似度计算评价仿真信号的仿真度。对实测船舶辐射噪声信号进行重构仿真的试验结果显示,仿真信号具有较高的特征仿真度,与计算的仿真度评价数值一致。     

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。     

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。      

解调带宽对船舶辐射噪声调制谱的影响

利用傅里叶分解原理建立了幅度调制的船舶辐射宽带噪声信号数学模型,导出了基于平方解调算法船舶辐射噪声调制谱数学表达式。通过理论分析和仿真计算得到了关于调制谱分析两个新的结论:(1)解调性能与解调处理带宽关系:在声呐接收的船舶辐射噪声各频带调制度相同时,解调性能正比于解调所采用的带通滤波带宽,解调所采用的带通滤波带宽越宽,解调谱信噪比越高;(2)宽带解调谱和子频带解调谱之间关系:船舶辐射噪声宽带解调谱可以近似认为各子频带解调谱之和。为了验证以上两点结论,对实际船舶辐射噪声解调谱进行了相应处理,结果与仿真计算吻合较好。      

基于匹配追踪的拉曼光谱信号重构算法

拉曼光谱技术是一种高灵敏度、无损伤、振动分子光谱技术,在医药、生物、分析化学等诸多领域有着重要的作用。然而,由于拉曼散射强度低,实际测得的拉曼信号容易被噪声所污染。特别是在较短的曝光时间,收集到的拉曼光谱的信噪比很低。因此,提出了一种基于匹配追踪算法的信号重构方法,用于提取低信噪比的拉曼信号。该方法首先通过阈值循环迭代的方法在平均谱上找出特征峰的位置、估计峰的区间。根据峰的位置区间等信息,用高斯密度函数生成字典。在噪声谱上,根据特征峰位置和区间,将其区分为有信号区间和无信号区间,在有信号区间上利用匹配追踪算法重构被噪声所掩盖的拉曼信号。该算法不仅能够很好的逼近掩盖在噪声中的拉曼信号,且在重构信号的过程中也会对基线进行扣除,无须作基线校正处理。在仿真和实验中对该算法与常规算法进行了比较,结果证明,该算法在低信噪比条件下能够较好的恢复拉曼信号。该算法不同于传统光谱去噪算法,能同时对拉曼光谱进行了基线扣除以及噪声的处理,且能取得较为理想的结果,不需要使用不同的算法对基线和噪声分别处理。其次,在算法上我们创造性地将匹配追踪算法用于拉曼光谱信号的稀疏逼近求解。     

低信噪比下的状态空间重构

针对淹没在噪声中的混沌信号的重构问题，基于动力系统理论和对现有重构方法的研究，提出了一种利用具有最大方差的主元子集重构状态空间的方法．同时论述了重构窗口的问题．利用洛伦兹混沌信号叠加白噪声，通过分析奇异谱和相图，对这一重构方法进行了验证 关键词：     

水下对转桨无空化噪声调制理论分析与试验研究

水下对转桨无空化噪声由流场-桨叶相互作用引起,调制特性是水下对转桨无空化噪声的重要特征,本文研究了水下对转桨无空化辐射噪声调制机理。首先利用广义声类比方法得到了无空化条件下水下对转桨的远场声压谱,建立了水下对转桨无空化噪声的调制模型,然后数值仿真了模型对转桨无空化噪声的功率谱和调制谱,最后在空泡水筒中进行了模型对转桨的无空化噪声测量试验,数值仿真结果和试验验证了调制模型的准确性。该模型对于水下对转桨无空化噪声调制特性预报及目标识别具有重要价值.      

基于多域特征提取和深度学习的声源被动测距*

由于实际海洋环境中存在大量的非高斯噪声,一些基于高斯假设的传统去噪方法在实际海洋环境中性能下降甚至失效。针对非高斯噪声,如α稳定分布噪声、非平稳行船噪声下的脉冲信号的去噪与重构,该文提出一种基于深度学习的方法。去噪模型首先通过学习带噪信号短时傅里叶变换谱与残差谱之间的映射关系以去除环境噪声,之后对去噪信号的时频谱进行逆变换重构脉冲信号。仿真实验结果表明,深度学习模型在非高斯噪声环境下脉冲信号的去噪与重构任务中有着良好的表现,在实测样本上也表现出良好的泛化性,体现了一定的工程应用价值。     

应用半正定规划的目标方位超分辨方法

针对水下目标方位超分辨估计问题,提出了一种基于半正定规划(Sdp)的常规波束(CBF)方位超分辨算法(SdpCBF).Sdp-CBF算法基于常规波束形成获得多目标方位谱数据,利用阵列响应矩阵和半正定规划技术,精确估计目标数量和波达角方向.该算法的本质是利用阵列特性和信号能量信息获得超分辨方位估计,不用进行子空间分解,通过卷积反演的方式将阵列孔径的有限效应消除,在L₂范数约束条件下重构空间谱.仿真表明,Sdp-CBF算法具有较强的噪声抑制能力,对非相干和相干信号均具有目标方位超分辨能力,在低信噪比环境下的方位分辨性能超过多重信号分类(MUSIC)等经典高分辨算法。对消声水池以及湖上实验数据的处理结果显示,Sdp-CBF算法在复杂环境中对相干信号及微弱信号具有较强的分辨能力。      

船辐射噪声高阶谱分析和标记图

实验数据揭示了一些舰船辐射噪声通过在频带上连续排列的窄带滤波器组后，各频道中的幅度调制很相似，这是舰船噪声的一个很有应用前景的目标特性。文章还研究了用高阶谱高阶统计的信号处理工具来提取和保留幅度周期调制的相位信息，并给出了计算机模拟结果，实际船噪声结果和具体提取方法。利用这些相位信息和双谱的幅度信息可以重建周期调制信号，并称这个重建波形为这条船的标记图。最后调查了三条船的标记图与本船及不同船的实际幅度调制之间的互相关系数，本船的互相关系数要比不同船的互相关系数大许多。     

Propagation of quasi-periodic random sound pulse sequence signals in shallow-water waveguides

It is an efficient method to model ship radiated noise as quasi-periodic random sound pulse sequences.Based on the model,this paper discusses the characteristics change of ship noise after through shallow-water waveguides.Theoretical analysis and numerical simulation show that random waveguides and multi-path effects can bring much additional transmission loss for the noise line spectra,demonstrating the instability of ship radiated noise line spectra to a certain extent,and providing some theoretical support for advanced studies of ship radiated noise.     

准周期随机声脉冲序列信号在浅海波导中的传播

准周期随机声脉冲序列作为船舶辐射噪声信号模型具有合理性和一定普适性,这里将此模型与海洋波导结合,探讨基于此模型产生的噪声线谱经波导传播后的物理规律变化,即船舶辐射噪声经波导作用后的信号物理特性。理论分析和传播仿真计算表明,准周期声脉冲序列船舶噪声信号所含有的线谱由于受随机波导的随机性和多途干涉共同作用,序列脉冲出现的周期性显著被削弱,线谱相对幅度将"额外"快速衰减,从一个视角揭示了船舶辐射噪声线谱不稳定的原因,为船舶辐射噪声(尤其线谱)特性进一步研究提供了相应的理论支持。      

Characteristic correlation between propellers cavitating wake and cavitation noise

The characteristic correlation between the propellers cavitating wake and their cavitation noise has been studied. Based on the viscous multiphase flow theory, the Navier–Stokes equations, a turbulence model and a cavitation model were applied to predict numerically the vapor volume fraction and the pressure in the wake. Compared with experimental results, the numerical predictions of the sheet cavitation and the tip vortex cavitation are in agreement with the corresponding experimental data, which indicates the numerical method in present paper is feasible. The characteristic of the low line spectra of the numerical pressure fluctuation signals and the measured noise signals for uniform inflow and wake flow is analyzed, and the characteristic correlation of the two line spectra is also validated. Therefore, it can be concluded that due to the wake and the radiated noise both modulated by the revolving propeller blades, the features of the low line spectra for noise signals and the pressure signals in the wake are close to each other.     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

An experimental study of sound generated by flows around cylinders of different cross-section

The sound radiated by rigid cylinders placed transversely in a uniform stream has been measured in an anechoic wind tunnel over a range of Mach numbers (M=0.09-0.2). The cylinders have different cross-sections, e.g., circular, square, rectangular, elliptic, and circular with lateral ribs or knurled surfaces. Different length to diameter ratios of the cylinders are also investigated. Results are presented as narrow band spectra, measured in the far field (acoustic as well as geometric). All spectra are presented with dimensionless (scaled) axes, as well as the original dimensional scales. It is shown that elliptic cross-sections are less noisy, compared to all other cylinders, but noise abatement techniques such as lateral ribs and knurled surfaces can also reduce tonal radiated noise. Two practical applications of these experiments are the reduction of radiated noise from pantographs of high-speed railway trains, and from the landing gear of modern passenger aircraft.     

Ventilation duct with concurrent acoustic feed-forward and decentralised structural feedback active control

This paper presents theoretical and experimental work on concurrent active noise and vibration control for a ventilation duct. The active noise control system is used to reduce the air-borne noise radiated via the duct outlet whereas the active vibration control system is used to both reduce the structure-borne noise radiated by the duct wall and to minimise the structural feed-through effect that reduces the effectiveness of the active noise control system. An elemental model based on structural mobility functions and acoustic impedance functions has been developed to investigate the principal effects and limitations of feed-forward active noise control and decentralised velocity feedback vibration control. The principal simulation results have been contrasted and validated with measurements taken on a laboratory duct set-up, equipped with an active noise control system and a decentralised vibration control system. Both simulations and experimental results show that the air-borne noise radiated from the duct outlet can be significantly attenuated using the feed-forward active noise control. In the presence of structure-borne noise the performance of the active noise control system is impaired by a structure-borne feed-through effect. Also the sound radiation from the duct wall is increased. In this case, if the active noise control is combined with a concurrent active vibration control system, the sound radiation by the duct outlet is further reduced and the sound radiation from the duct wall at low frequencies reduces noticeably.     

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。     

声呐员听音移频操作客观规律研究*

声呐员在听音过程中,可以对收听到的声音进行移频操作,通过这一操作,声呐员可以将信号调制到自己认为合适的频段以便检测识别信号,而移频的具体频段没有定量的参考依据,这使声呐员移频操作较为盲目。本文从心理声学的角度对声呐员的移频操作进行研究,给出了移频前后信号的响度差值的变化规律和信号尖锐度的变化规律。研究结果表明,经过移频操作,响度移频前后在2000-5000 Hz左右存在最大值,而尖锐度随着移频频率和信号的频率的升高而升高,本文所得出的结论可为声呐员对舰船辐射噪声被动听音移频操作提供参考依据。