圈养瓶鼻海豚通讯信号分析及融合分类方法

针对圈养条件下瓶鼻海豚通讯信号（whistle）分类时混叠大量回声定位信号（click）导致分类正确率降低的问题,提出了一种基于机器学习的融合分类方法。分别提取whistle信号的时频分布特征训练随机森林分类器,梅尔时频图特征训练卷积神经网络分类器,在此基础上设计融合判决器对混叠whistle信号进行分类识别。对圈养海豚声信号采集实验数据的分类识别结果表明,融合分类方法具有更好的分类性能,对混叠whistle信号分类正确率大于94%,优于时频分布特征分类器和梅尔时频图特征分类器,能够提高混叠信号的分类能力。      

分形维数海豚哨声信号检测方法

针对海豚哨声信号自动检测的问题,提出一种基于分形维数的自适应阈值海豚哨声信号检测方法。对待检测声信号计算盒分形维数,根据得到的盒分形维数特征值,通过模糊C均值聚类自适应确定检测阈值,实现海豚哨声信号的自动检测。文中对水池录制的海豚声信号进行了数据分析,利用哨声信号盒分形维数对哨声信号段与非信号段进行检测,并与基于谱熵的方法进行对比,获得了较高的检测率以及较低的虚警率,可以适用于海豚哨声信号的自动检测与分割。     

印太瓶鼻海豚(Tursiops aduncus)通讯声信号分类及特征参数的环境差异性分析

通过长期记录室内水池环境下两只印太瓶鼻海豚通讯信号,并与海湾自然环境下同样的两只海豚所发出的通讯信号进行比较分析,从信号类型、声谱特征等方面研究生活环境变化下瓶鼻海豚通讯信号的差异性。结果表明,生活环境的差异,会改变瓶鼻海豚通讯信号。海湾自然环境下,瓶鼻海豚通讯信号以正弦型信号为主;而室内水池环境下,上扫型信号比例明显增多,而正弦型信号减少。两种环境下,瓶鼻海豚通讯信号在持续时间、拐点数、起始频率、结束频率、最小频率、最大频率等存在显著性差异(p<0.05),但信号的频率变化量相近(p=0.29)。结果为提高海豚通讯信号认知和增强海豚生物行为研究提供一定的科学参考,同时也为仿生隐蔽通信提供技术支撑。      

宽吻海豚Click信号的时频滤波检测方法

针对宽吻海豚Click信号检测提出了一种在信号时频图中基于Gabor滤波器的检测方法。该方法首先对声信号进行分段处理,计算每一段信号的时频图;然后设计Gabor滤波器,提取时频图中垂直方向的线条;对Gabor滤波处理后的时频图进行自适应阈值处理,提取时频图中能量较强的区域;最后通过连通域分析确定Click信号的位置.仿真合成不同信噪比的测试信号,本文算法在Click信号和背景噪声平均功率比为15 dB的情况下,Click信号的找全率达到了99%,错误率为0%;对实际采集的声信号进行Click信号检测,找全率为100%。本文方法预期为海豚观测和海豚生物学行为的研究提供一定的技术支持。      

时频特征的海豚发声端点检测方法研究*

为在复杂的海洋环境噪声场中检测出目标海豚的某类声信号,设计了一种基于海豚声学特征的端点检测方法。根据海洋环境中噪声能量大且分布频率范围广,而海豚声音的时频特征具有持续时间短,、频率高且集中,、发声行为持续时间长的特点,将采集到的海洋声音进行分帧,计算单帧信号短时能量、谱质心和谱质心二阶偏移率,当海豚发出声信号时,谱质心和能量相应发生突变,截取发生突变的信号实现端点检测。通过与门限法等其他常见端点检测方法进行对比,结果表明,此方法在低信噪比的海洋环境下对单一海豚的某一类声信号检测准确度更高,同时具有较强的抗干扰能力。     

应用深度学习识别法兰螺栓连接状态

针对常规诊断方法对螺栓的连接状态识别效果差、鲁棒性和抗噪性弱等问题,提出了基于深度学习理论的螺栓检测新方法。首先以4种预紧力状态下的法兰螺栓结构产生的声发射信号为研究对象,借助于自适应噪声的完整集成经验模态分解理论以及梅尔频率倒谱系数特征提取方式,实现了声发射信号的自适应消噪和最优模态函数分量组的选取,提取到了可以较好分辨螺栓连接状态的梅尔频率倒谱系数特征值。通过训练模型,较好地对4种连接状态下的螺栓进行了识别。结果表明,该模型在法兰螺栓的声发射信号的诊断中,准确率高,具有较好的抗噪性和鲁棒性。     

基于实时主动声定位的快速测频算法

针对爆炸试验中冲击波超压传感器位置定位的问题,采用陆上实时主动声定位系统对爆炸试验中冲击波超压传感器位置进行定位。系统中对主动发出声信号频率为已知特定几种频率之一的单频信号的快速实时频率检测,提出了一种快速频率检测算法。算法充分利用信号频率为已知特定几种频率之一这一特定条件,并结合离散时间傅里叶变换(DTFT)与离散傅里叶变换(DFT)的关系以及帕塞瓦尔定理,得出快速频率检测的表达式。经实验验证和计算分析,算法检测频率精准可靠,计算量比其他快速测频算法小得多,更适用于军事紧急状态下陆上实时主动声定位中主动发声和实时定位条件下的快速测频。     

海豚声纳信号的脉冲分解及特征分析

提出一种海豚声纳目标探测脉冲串信号的脉冲分解方法,在此基础上对海豚声纳脉冲信号的特征进行了分析,其中包括脉冲宽度、脉冲间隔以及脉冲的时间分辨率和频率分辨率,并采用耳蜗滤波对海豚声纳脉冲串信号的时频特征进行了分析。分析结果表明,探测目标的过程中,根据目标距离的不同,海豚会自适应调节脉冲信号的发射频率和信号形式。     

一种宽吻海豚通讯信号自动分类的方法

针对宽吻海豚通讯信号自动分类提出了一种基于句法模式识别的方法。该方法首先提取海豚通讯信号基频随时间变化的轨迹曲线,然后提取基频变化的基元序列。根据海豚通讯信号分类的标准,归纳出产生各类海豚通讯信号基频基元序列的文法。对未知类别的海豚通讯信号,提取其基频变化的基元序列,根据各类模式的文法对基元序列进行分类,进而实现海豚通讯信号的自动分类。实验结果显示本文方法的分类准确率达到了95%。本文方法预期为海豚生物学行为的声学研究提供一定的技术支持。      

混凝土材料声发射信号的频率特征及其与强度参量的相关性试验研究

混凝土材料声发射信号频率特征与强度指标的关系是混凝土材料声发射检测技术的重要基础。通过实验,对声发射信号频率特征与混凝土强度指标的相关关系进行了探讨。研究结果表明,在较低的应力水平上,不同强度等级混凝土声发射信号大都是低频信号。而在较高应力水平时,随着强度等级的增加,声发射信号的优势频率则逐渐升高。     

自来水铸铁管道泄漏声信号频率特征研究

针对基于声发射技术的自来水管网泄漏检测定位方法，研究因泄漏而形成的声信号频率分布及不同泄漏量对频率分布的影响。实际泄漏检测时，通常采用互相关法估计泄漏信号到达不同传感器间的时间延迟实现漏点定位，因此，借助互相关分析法研究了管道的不同口径及泄漏信号传播距离对泄漏信号频率分布的影响。同时，泄漏声信号的传播不可避免要经过管道间的接口，因此分析了两种管道接口对信号频率成分的影响。进而为设计合理的管道泄漏检测过程提供依据，并为泄漏声信号形成及多种因素对泄漏声信号特征产生影响的机制研究奠定基础。     

一种利用海豚叫声的仿生水声通信方法

针对水下通信隐蔽性的需求, 克服传统固定载波调制方式带来的声源暴露问题, 提出一种基于海豚叫声的仿生伪装水声通信方法, 使通信信号被当作海洋生物噪声排除, 达到隐蔽通信的效果. 研究了海豚叫声信号特点, 利用海豚哨声信号实现同步与识别, 采用差分脉冲位置调制方法, 信息调制在相邻海豚嘀嗒声信号的时间间隔, 采用压缩传感体制下的匹配追踪技术估计信道, 虚拟时反技术实现信道均衡. 湖试结果验证了该方法的有效性和可行性, 接收声信号与发射信号声音上具有很高的相似度, 可以达到伪装隐蔽的效果. 实验中水平距离2 km, 通信速率不小于29 bps时,误码率可以达到10^-4以下. 关键词： 水声通信 仿生 海豚 隐蔽     

基于不同频率成份衰减矫正的光声成像方法

根据超声衰减理论,研究了光声信号不同频率成份随距离的衰减差异,及其对光声图像重建的影响;提出了对光声信号不同频率成份进行衰减矫正的成像方法,此方法增强了光声信号的高频成份,突出了吸收体的边界变化和细微的结构特征,提高了成像系统分辨率,实验结果显示系统分辨率由0.3 mm提高到0.2 mm.实验所用的光源为YAG激光器,波长为1064 nm,重复频率为20 Hz,脉宽为6 ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1 mm.     

北极水下声信号跨冰层变化分析

北极海冰阻碍了海水和空气两个空间的信息传输。为获得冰层对水下声信号跨冰层传输的影响,采用三维检波器在北冰洋中心区开展了水下声信号的跨冰层实验。利用水冰界面反射模型和自由冰层Lamb波模型,对水下声信号小角度(小于10°)入射冰层时测量数据进行分析,结果表明:(1)20 Hz~1 kHz声信号入射到光滑冰层时,某些频率声波的反射率会明显降低,其中93%的反射率低点超过-10 dB,有的甚至会达到-20 dB以上。(2)冰层反射率低点对应的频段声波,能被冰层上方检波器接收到,并显示出较强的合振速谱,且与该站位自由冰层模型中同时产生的A2和S2模态Lamb波在频段上相符。这些结果可为跨冰层水声信号拾取和水声传播研究提供参考。      

同步双脉冲激光致声研究

利用高速摄像机拍摄了同步双脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡的运动过程。分析了该条件下产生的四种典型激光声信号特性,初步计算了光声能量转换效率。研究结果表明:通过调节脉冲激光的能量差,可以控制激光声信号峰值间隔,提高激光声信号脉宽;两空泡之间无量纲距离为1.5时,溃灭过程中出现融合现象,融合过程中空泡热力学能转化为机械能,融合后形成的单个空泡能量变大,其溃灭产生的激光声信号主频降低;同步双脉冲激光聚焦击穿情况下的光声能量转换效率为6%~10%。     

改进的半空间频率均方声压法计算结构频带振动声辐射

为计算中高频半空间结构频带振动下声辐射问题,推导了基于能量源的半空间频率均方声压法(Frequency Averaged Quadratic Pressure,FAQP),并提出了改进的半空间FAQP法,克服了半空间FAQP法在失效频率下解不唯一的问题。频率带宽为4 Hz的刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球的声辐射数值计算,验证了改进的半空间FAQP法对解决失效频率下解不唯一问题的有效性。同时,刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球声辐射数值计算结果均表明,在1/3倍频程下,改进的半空间FAQP法与常规边界元方法相比,具有更高的计算精度,更适用于中高频计算。      

SAW谐振器谐振频率微秒级快速检测方法

针对高速旋转环境下的谐振式声表面波(SAW)传感器信号快速检测,提出基于回波损耗测量原理的SAW谐振器谐振频率微妙级快速检测方法.对SAW谐振器进行线性扫频激励的过程中,将反射信号经功率检波与比较器转换为数字脉冲信号,使用计时器实时计算脉冲信号中心对应频率快速求得SAW传感器谐振频率.在8000 r/min转速范围内对...     

光声池中微弱光声信号检测

大气中的污染源气体含量很少, 用光声光谱对其进行监测得到的光声信号极其微弱. 本文首先分析微弱信号产生机理, 在分析Holmes Duffing方程的基础上, 提出了适合光声池微弱信号检测的变尺度差分方法. 该方法通过对信号进行尺度变换, 再做差分来检测微弱信号. 理论分析和实验表明, 变尺度差分方法能很好地抑制系统相空间的共模噪声, 而且能很好地凸显混沌状态临界值. 变尺度差分方法测出的信号相对误差都小于5%, 说明其可以用于较高频率、 相位和频率都未知的微弱光声信号幅值检测. 关键词： 光声光谱 微弱信号 幅值 Duffing     

激光声信号的频谱特性

构建了激光声实验测量系统,利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号,由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型,实验研究了激光声信号的频域能量分布,以及激光器重复频率和激光声信号频谱特性的关系。结果表明:激光声信号能量主要集中在200 kHz内,其中100~200 kHz内的能量所占比例约50%。激光声信号的幅频响应极大值点可以受到激光器重复频率的控制。     

水下目标弹性声散射信号分离

水下目标弹性声散射与其他声散射成分在时域和频域上均存在混叠, 现有信号处理方法受分辨力限制无法在混叠状态下识别目标弹性声散射特征. 针对这个问题, 提出了一种目标弹性声散射信号分离方法. 以目标回波亮点模型为基础, 分析了线性调频信号入射时目标声散射成分的信号特性, 提出了一种目标声散射成分向单频信号的映射方法, 并理论推导出了目标声散射结构与映射结果之间的线性对应关系, 实现了通过窄带滤波分离出目标弹性声散射成分. 仿真与消声水池实验数据处理结果表明, 该方法基本可以完全分离出目标回波信号中的弹性声散射成分, 分离出的弹性声散射具有与理论一致的信号特征, 验证了该分离方法的有效性.