基于MUSIC功率谱估计的直升机空中信号分析

针对直升机飞行的辐射噪声特征谱线进行分析,提出一种基于MUSIC算法的直升机声信号处理方法。首先阐述MUSIC谱估计方法,然后针对实测不同机型直升机的飞行辐射噪声数据,分别进行MUSIC算法和传统方法的频谱分析,对得到的结果进行分析比较,数据处理结果表明MUSIC算法能够抑制噪声,明显改善信噪比,并能够更为细致地体现直升机声信号的谐波特性。     

采样长度对阻尼识别的影响

传统观点认为阻尼识别方法受截断误差影响;增加采样长度,即增加采样点数,提高频率分辨率,可以减少误差,形成了采样时间长(即采样点数多)阻尼识别误差小的观点。但实际采样信号中包含噪声,对采样信号进行傅里叶变换时,噪声信号随阻尼信号一同被积分。将振动衰减信号作傅里叶变换,得出当采样时间超过4.6/n(n为阻尼值)时振动衰减信号频谱幅值与采样点数呈反比关系;对噪声使用统计分析,噪声频谱实际发生值不是期望值,而是主要在期望值与三倍标准差之间浮动,将噪声信号作积分推导得出噪声频谱幅值与采样点数的开方值呈反比关系。得出采样时间过长时,噪声信号将掩盖振动衰减信号,导致阻尼识别误差变大,通过计算推导得出了采样点数临界值的计算公式;运用仿真算例与悬臂梁敲击试验进行了验证。     

直升机舱室声学超材料壁板的低频隔声性能分析

在直升机飞行过程中,旋翼、尾桨等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声,严重影响直升机的驾乘舒适性,长时间的噪声暴露会危及驾驶安全。直升机舱室常用的夹层壁板结构可有效隔绝中、高频噪声,但其低频隔声性能一般较弱。为有效降低直升机舱室内低频噪声,将局域共振型声学超材料与舱室夹层壁板结合,建立直升机舱室声学超材料壁板模型,采用有限元法分析平面波入射激励下声学超材料壁板的低频隔声性能,并探索局域振子质量、层间结构对隔声性能的影响规律。结果表明:相比敷设阻尼材料、布置动力吸振器等传统舱内降噪方法,声学超材料壁板能有效隔离低频噪声,形成380 Hz~620 Hz的宽低频带隙。增加局域振子质量可有效拓宽带隙宽度并增强带隙内声透射损失,增加纵向加强筋数目可增强结构整体刚度,使振动衰减。声学超材料内饰的引入可为解决直升机舱室低频噪声问题提供技术路线。     

基于增广LQG的小型无人直升机稳定控制

针对实现小型无人直升机悬停及航线飞行的目标,在建立小型无人直升机近悬停点线性模型的基础上,通过系统辨识的方法获得了两个解耦的线性模型,并基于此设计了增广线性二次高斯(LQG)控制器.该增广LQG控制器包含三部分:一是卡尔曼滤波器,用于估计未测量状态;二是传统的线性二次积分(LQI)控制器,用于稳定内环并消除目标控制信号跟踪稳态静差;三是前馈,用于加速信号跟踪.仿真与实际飞行试验验证了基于增广的LQG控制器不仅能够镇定住无人直升机的动力学,同时能够很好地跟踪参考控制信号.     

调频信号发射超声成像的参数优化与成像实验

研究调频信号发射超声成像中影响成像质量的各种参数,提高现有超声图像的信号噪声比.用仿真计算和声学实验来研究不同调频超声信号发射参数下的成像质量.增加超声发射能量,提高图像的信号噪声比;同时,采用相关算法对接收的超声信号解码,保证图像的轴向精度不会下降.优化了调频信号发射超声成像的发射参数,并得到了仿体的B型超声图像,此图像的质量优于传统成像方法的图像质量.该成像方法能够提高超声图像的信号噪声比,尤其是提高超声衰减严重的深部组织图像的信号噪声比.     

基于NABEMD的飞行参数噪声能量估计与消除

飞参系统(Flight Data Recorder,简称FDR)记录的飞行参数采样率低、噪声与野值混杂且呈非线性非平稳性的特点使得传统噪声处理方法难以适用,因而提出一种基于噪声辅助复数据经验模态分解(Noise Assisted Bivariate Empirical Mode Decomposition,简称NABEMD)的噪声能量估计与消除方法,用于飞行参数的降噪问题。该方法首先利用飞行参数和高斯白噪声构造复数据并进行BEMD分解,然后根据虚部各层内禀模态函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)的能量来估计实部IMF包含的噪声能量,最后根据噪声能量估计值对IMF进行分层处理得到降噪后的信号。仿真结果表明,本文方法相对于现有方法具有一定优势,可以进一步提高飞行参数的降噪精度。     

基于修正傅立叶级数展开的非稳态振动信号分析

直升机在做机动飞行时,振动信号具有非平稳特性,传统傅立叶变换无法得到这一变化趋势.为了对非稳态信号进行分析,本文基于修正的傅立叶级数展开法对飞行试验中的非稳态信号进行分析,结果显示:采用该方法能够准确给出非稳态信号的振动变化信息.另外,该方法计算量小,具有很好的实时性,可以应用于振动实时监控,以降低试飞风险,保障试飞安全.     

非线性和非高斯型海洋噪声

双频谱分析是从含有非线性随机信号的数据中检测并辨别非线性随机信号产生机构的统计方法。双频谱分析也可用于检验所观测的数据记录是否符合基本随机过程为高斯分布这一假设。本文应用了一种最近推出的统计方法,该方法基于若干海洋环境噪声记录的双频谱估计可检验该噪声是否为高斯型分布以及在产生所观测噪声的基本机构中是否含有非线性的证据。文中研究了取自百慕大南部大西洋、东北太平洋和印度洋3个海区的7个噪声记录。收集的这些时间序列既有当地没有航船时的环境噪声,也有以本地航船噪声为主的噪声。3个海区的环境噪声记录显示出两种情况:分析时间约为lmin时,它是线性、高斯过程;分析时间约为ls时,它是非线性和非高斯过程。而对本地船舶噪声占优势的各种时间序列,不论分析时间是短是长,检验结果都是非线性和非高斯型的。     

高精度超声测距系统中自相关小波去噪法

超声测距的精度主要取决于飞行时间的提取精度,由于受噪声影响,接收信号的始点位置通常无法精确提取.传统方法常采用设计滤波器降噪,然而由于滤波器的参数无法随超声信号变化而改变,导致其适应性较差.本文提出了一种自相关小波阈值去噪的自适应去噪方法,通过计算各层小波细节分量与近似分量的相关性系数,自动确定最优分解层数,并通过采集分析噪声信号的小波分量,选择最优去噪阈值,达到了良好的去噪效果,增强了回波信号的信噪比,极大地提高了回波飞行时间的提取精度.经实验验证,信噪比可提高6~7 d B,在1 900 mm的范围内测量误差小于0.3 mm,测量不确定度小于0.17 mm.与传统方法相比,本方法具有适应性强、始点识别率高、测距精确等优点.     

加装红外抑制器的直升机红外辐射的计算及测量

计算了光谱在3～5 μm及8～12 μm范围内,加装与机身结构一体化红外抑制器的某型直升机排气系统的红外辐射特性.计算中考虑了排气系统部分蒙皮的红外辐射、双喷管发动机喷气流的红外辐射、背景辐射及大气的吸收衰减对直升机排气系统红外辐射信号的影响.实验发现,一架加装与机身结构一体化红外抑制器的直升机排气系统红外辐射特性的计算结果,与实测结果基本一致.