海洋环境噪声与舰船噪声的频间相关与群延迟特性

本文研究海洋环境噪声与舰船噪声的频间相关与群延迟特性。理论与实验结果表明,舰船辐射噪声的频间相关远大于海洋环境噪声的频间相关,远距离舰船噪声的频间相关存在显著的群延迟。     

宽带相关噪声中窄带信号的高分辨率谱估计法

本文提出在宽带相关噪声中,提取窄带信号谱分量的一种高分辨率谱分析方法.基于宽带噪声的相关半径远小于窄带信号分量的相关半径,在输入时间过程的相关函数的大延时部份,宽带噪声的影响已相当弱.因而可利用测量到的大延时部份的相关函数来估计窄带信号的谱分量.本文首先用复指数近似方法,将大延时相关函数内插,得到窄带信号分量的小延时部份的相关函数的估计值.利用大延时相关函数的测量值,加上小延时相关函数的估计值,构成完整的相关函数。其次,按最大熵方法外推相关函数,得到高阶的最大熵预测系数,由此得到窄带信号分量的频率、功率和带宽的精确估计.为了达到高分辨率而采用高阶相关矩阵,谱估计的运算量十分大.本文提出节省运算量的有效方法,可避免同时解出全部谱分量,而仅选出功率较大的谱分量来对其频率作精确估计.最后,以宽带相关噪声中的多个正弦信号为例,给出了线谱分量的各参量估计的计算机模拟结果.本文提出方法的谱分辨率较常规谱分析法的谱分辨率提高很多倍。     

窄带噪声的调频感受阈

窄带噪声也有音调,其高低决定于通带中心频率f,清晰程度则和带宽B有关。正常人对特定f的调频感受阈时Δf与B的函数关系为Δf=ABⁿ,A为B=1Hz时Δf的理论值,较接近纯音的Δf。当f小于4000Hz时n值在0.22-0.45的范围内变化,当f为4000或8000Hz时n值略小。对固定的B/f比值,窄带噪声Δf与f的关系曲线与纯音的颇相似。声音强度对Δf的影响不大。在172ms以内,窄带噪声的Δf也和纯音的一样与调频时程的平方根成反比。     

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。     

豚鼠对窄带噪声的音调辨别

窄带噪声的调频也和纯音调频一样,能诱发豚鼠的皮层慢反应。反应的阈值(最小调频深度)即可作为对窄带噪声的音调辨别阈(△f)。豚鼠的△f与噪声通带的宽度B及中心频率f有关,△f与B的关系可表达为△f=ABⁿ。式中A为B=1Hz时的△f值,它与纯音的△f相近并随f而变;在f为1kHz及4kHz时n近似地为1/3。当f在125—8000Hz范围内、B/f比值不变时,△f/f基本上为一常数。这是在频率辨别研究领域内Weber定律的很好示例。△f-f-B三者的总关系在豚鼠可简单地用经验式△f=0.1f^2/3B^1/3表达。用此式算得的△f值与实验结果相当接近。     

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。     

舰船辐射噪声的子波分析

本文把子波变换多分辨的特点应用于舰船噪声的分析中。这种新的分析方法克服了短时间谱在时频平面上均匀分割带来低频域频率分辨率低,而高频域时间分辨低的缺点。船辐射噪声的尺度谱保留了传统倍频程方法在频率域分割的优点,且还有高频域时间分辨高的特点。从大庆31号油船辐射噪声的尺度谱上可清楚看到在低频域上有二根横线,其尺度值换算为频率后为27.8 Hz和44.1 Hz,反映在此频率附近,信号能量较高;同时还可清楚看到在高频域上有9.5 Hz叶片频的调幅现象。在它的短时谱图中是无法同时看到这二个特征的。本文在描述和显示船辐射噪声的谱特征时充分利用它们符合局部平稳过程的特点,把平稳谱和非平稳谱拆开描述和显示,获得很好的结果     

舰船螺旋桨空泡噪声的数理模型

探讨舰船螺旋桨空泡噪声指数衰减型随机脉冲序列的理论模型。据此理论模型,导得螺旋桨空泡噪声谱的表达式。结果表明,螺旋桨空泡噪声由连续谱和离散线谱组成。螺旋桨空泡噪声线谱的相对幅值取决于声脉冲前沿出现时刻的随机摆幅。高频时线谱成分趋于零,低频段线谱成分甚大于相应的连续谱成分。高频段连续谱随频率的平方而下降,低频段连续谱随频率的平方而上升,在某一较低频率处出现谱峰。上述螺旋桨空泡噪声谱特性的理论结果和实际观测数据之间具有很好的一致性。     

舰船噪声小波谱提取方法研究

人耳听测舰船噪声的特征,是声纳员非常重要的专业技能。本文根据小波变换与人耳蜗频率响应相近似的特点,以cmor1-0.5母小波为基础,构造了一系列基于小波变换的滤波器组。对于小波谱提取中涉及的带宽、分辨率等参数进行了分析,提出了小波谱提取过程中改善分辨率的办法。为检验该方法的可行性,对三种不同类型的舰船噪声进行了小波谱分析,与其FFT谱图进行了比较。为解决小波谱提取过程中高分辨率与计算量的矛盾,提出了对指定频带进行小波谱分析的方法,解决了计算量的问题。     

舰船辐射噪声超混沌现象研究

水下弱目标探测和识别一直是水声信号处理领域中研究的难点。从Lyapunov指数谱、吸引子相空间轨迹的演化、分形维数等方面，对船舶辐射噪声是否存在超混沌现象进行了研究。实验结果表明，船舶辐射噪声信号确实存在至少两个正的Lyapunov指数，即存在超混沌现象。辐射噪声吸引子在相空间中的轨迹具有多方向伸展的趋势，且不同类型目标的吸引子具有不同的分形维数。研究结果为建立精确描述辐射噪声信号的非线性模型、为水下弱目标信号探测和识别提供一定的理论依据。     

舰船辐射噪声的分形布朗运动模型

通过对分形布朗运动的研究,建立了舰船辐射噪声的分形布朗运动模型。在此模型基础上,提取了舰船辐射噪声的分数维参数,并构造了基于分形布朗随机场的分形特征矢量,在水声目标识别系统中提供了一种新的特征分析手段、通过分类对比实验,表明分形特征矢量可以成为水声目标分类的重要依据,能够有效地补充其他特征提取方法的不足.     

水中目标窄带噪声识别的听觉外周模型

为解决听觉外周模型特征在具有工程背景的水中目标声信号分类研究中识别率下降问题,提出了一种外周模型Gammatone滤波器组修正方法,获得的窄带噪声特征可明显提高水中目标识别性能。首先,分析了识别率下降原因,发现声学工程应用中多通道数据采集,导致信号频率范围变窄,而引起声信号的时频特征发生变化。其次,根据听觉模型用Gammatone滤波器组模拟人耳基底膜频率分解特性、低频信息包含水中目标噪声信号的重要类别特征,对原有的听觉模型特征进行插值,对滤波器组的通道数与中心频率进行适应性修正,得到目标噪声在较窄频带的27维特征,修正后的模型能够更精细地反映出目标时频特性。最后,采用神经网络分类器进行实验。结果表明,修正后的听觉模型保留了原较宽频带特征的主要信息,而且进一步提高了对实际目标的分类能力,识别率由原来的82.59%提高到88.80%。本文提出根据工程应用平台的有效接收频带优化听觉外周模型Gammatone滤波器组的设计,采用阵元级的多通道数据进行分析,侧重于工程应用,解决了多通道数据采集中,由于频带变窄,导致信号的特征信息量下降,进而引起声特征识别性能下降的问题,修正后的听觉模型特征,有效地提高水中目标辐射噪声的识别效果。本文对从事无源声呐目标识别、有源声呐目标识别、带宽受限的多通道声数据采集的时频特性分析研究人员具有一定的参考价值。     

浅海舰船噪声声强流的垂直方向性

浅海环境中,确定性声源的多途声信号干涉使得接收点处声强流的方向发生改变,不再与声源位置处的声强流方向一致。只测量声场的标量声强时,无法得到接收点处声强流的垂直方向性,而基于简正波矢量场建模和仿真,可获得理想条件下宽带点声源激发声场声强流的垂直方向性。本文采用单矢量水听器进行海上实验,获得了海洋环境噪声和干扰条件下舰船噪声声强流的垂直方向性。仿真和实验结果表明:远场条件下,浅海干涉现象引起接收点处声强流的方向(极角)随频率和距离变化,其时间-频率分布呈现与LOFAR谱干涉条纹相似的条纹,声强流的极角值主要分布在70?～110?范围内。     

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\     

舰船辐射噪声线谱的幅度起伏模型

本文讨论在海中传播的舰船辐射噪声线谱和海洋环境噪声的幅度起伏模型。当线谱信号模型取正弦波加窄带高斯噪声时,窄带检测系统的输出起伏满足2 BT个自由度的非中心卡埃平方分布,起伏方差为声源特性和传播过程造成的起伏方差与处理器引起的方差之和;而海洋环境噪声采用平稳的白色高斯噪声模型时,通过窄带处理系统后的输出起伏满足2 BT个自由度的卡埃平方分布,方差仅由处理器决定。最后给出相应的实验结果,与理论计算符合良好。     

基于高阶谱的舰船辐射噪声特征提取

在对现有舰船辐射噪声信号分布研究的基础上,使用可抑制高斯噪声的高阶谱（双谱和三谱）对其特征进行了分析。分析结果表明,不同类的舰船,其主频范围有其固定的区域。Ｉ类船其主频一般在１２０Ｈｚ以下,Ⅱ类船一般在１３０～３２０Ｈｚ之间。对于双谱图,不同的ω１与ω２的关系,其频谱特征有所不同,对于三谱也有同样的结果。本文中双僧取ω１＝ω２,三谱取ω１＝ω２＝ω３两种关系,以它们最大谱值对应的ω１以及Ｂ（ω１,ω２）中极大值所对应的ω１、ω２组成特征向量．     

舰船辐射噪声模拟发射系统的设计研究

本文依据典型舰船噪声的频谱特性规律,设计研制了一套舰船辐射噪声发射系统实验样机,包括信号结构设计、换能器选择配置、系统构成设计等,本噪声模拟发射系统具有100Hz～16kHz频带噪声的模拟发射功能,包括线谱、连续谱成分,频谱分配和谱线形式可调可控,信号总声源级动态范围达60dB。     

基于小波变换的舰船辐射噪声特征提取

本文将小波变换用于舰船辐射噪声特征分析。先用Mallat快速算法实现信号的多尺度分解,然后进行各级小波的谱特征和波形结构特征提取,最后将这些特征与原始信号的特征输入同一类型神经网络分类器,进行分类比较。结果表明,小波变换使信号的谱类别特征和波形结构特征有了明显增强,且能压缩特征空间的维数。     

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。     

光纤孤子包络方程及相关分析

从经典唯象观点出发,提出了相位移动的精确公式,严格推导出光纤孤子包络方程,揭示了原包络函数的唯一性,并合理分析了光纤孤子的形成机制.