基于VMD和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法研究EI北大核心CSCD

为了有效提取舰船辐射噪声的频率特征,提出一种基于变分模态分解(VMD)和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法。采用VMD方法将三类舰船辐射噪声分解为一组有限带宽固有模态函数(IMF),计算各阶IMF强度,选取能量较大的IMF作为研究对象,以最强IMF中心频率及能量较大的多个IMF中心频率作为特征参数对三类舰船辐射噪声进行特征提取;针对舰船辐射噪声频率特征提取难且不精准确的问题,采用VMD方法可以准确提取IMF中心频率,实现舰船辐射噪声的特征提取。通过数字仿真和实际舰船辐射噪声信号实验分析,并与基于集合经验模态分解(EEMD)的中心频率及高低频能量差方法进行比较,结果表明该方法可以有效提取舰船辐射噪声中心频率,并实现不同类别舰船的分类识别。     

基于VMD和窄带包络相关的船舶辐射噪声改进DEMON分析

船舶辐射噪声的包络谱中蕴含着轴频和桨叶数等船舶固有特征信息,对船舶目标识别具有重要意义。为了提高船舶辐射噪声包络谱解调性能,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)和窄带包络相关的改进DEMON分析方法。首先利用VMD算法代替传统带通滤波器,将船舶辐射噪声信号分解为若干个子带;然后对各子带进行希尔伯特(Hilbert)检波并计算平均窄带包络相关系数,用于衡量信号的包络调制在频域上的非均匀性;最后提取各子带信号包络谱并按照平均窄带包络相关系数进行加权融合,从而得出宽带噪声信号的包络谱。利用该方法对实测不同类型和不同航速船舶辐射噪声信号进行了处理,结果均表明所提方法能有效提高包络谱解调效果,较传统方法更为有效。     

MCKD和RSSD在滚动轴承早期故障诊断中的应用

由于干扰噪声较强,共振稀疏分解在滚动轴承早期故障阶段并不能有效提取瞬态冲击成分。针对此问题提出基于最大相关峭度解卷积（Maxim Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD）和共振稀疏分解(Resonance Sparse Signal Decomposition,RSSD)相结合的故障特征提取方法。该方法首先利用MCKD对振动冲击信号进行处理,有效降噪并突出故障信号尖脉冲,然后使用共振稀疏分解将信号分解成包含谐波信号的高共振分量与包含瞬态冲击信号的低共振分量,最后利用包络功率谱根据低共振分量提取故障特征频率。通过仿真和试验验证了该方法可以准确提取故障特征频率,凸显故障特征。     

干扰抑制门在线谱提取中的应用

由于舰船辐射噪声和海洋环境噪声的复杂性,直接从舰船辐射噪声解调信号中提取线谱比较困难。为了降低线谱提取过程中宽带噪声干扰的影响,设计了一个干扰抑制门。对单频输入信号和谐波输入信号的仿真,验证了抑制算法的有效性,同时对干扰抑制门的信噪比增益进行了统计分析。对实测舰船辐射噪声数据处理,结果表明干扰抑制门的应用能有效降低信号中的宽带干扰,为线谱提取提供便利。从线谱中提取的螺旋桨轴频可作为舰船目标分类和识别的特征量。干扰抑制门算法亦可用于线谱检测。     

基于集合经验模态分解的舰船辐射噪声能量分析

利用集合经验模态分解方法研究舰船辐射噪声的特征参数提取及分类,对预处理后三种不同类别舰船辐射噪声进行能量分析,讨论其高低频能量差特征参数。计算不同类别、一定样本数量的舰船辐射噪声高低频能量差发现,同类舰船高低频能量差基本处于同一水平,不同类型舰船高低频能量差存在明显差异。结果表明,利用集合经验模态分解方法提取的舰船辐射噪声特征参数对舰船类别具有较好的可分性。可为水下目标信号探测及识别提供参考。     

基于VMD和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法研究

为了有效提取舰船辐射噪声的频率特征,提出一种基于变分模态分解(VMD)和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法。采用VMD方法将三类舰船辐射噪声分解为一组有限带宽固有模态函数(IMF),计算各阶IMF强度,选取能量较大的IMF作为研究对象,以最强IMF中心频率及能量较大的多个IMF中心频率作为特征参数对三类舰船辐射噪声进行特征提取;针对舰船辐射噪声频率特征提取难且不精准确的问题,采用VMD方法可以准确提取IMF中心频率,实现舰船辐射噪声的特征提取。通过数字仿真和实际舰船辐射噪声信号实验分析,并与基于集合经验模态分解(EEMD)的中心频率及高低频能量差方法进行比较,结果表明该方法可以有效提取舰船辐射噪声中心频率,并实现不同类别舰船的分类识别。     

基于自适应VMD的高速列车轴箱轴承故障诊断

以尺度空间对信号频谱中共振频段的识别能力为基础,结合变分模态分解(VMD)对信号的自适应分解能力,提出了预估惩罚因子的尺度空间引导VMD算法。该算法的核心包括以尺度空间对信号频段的共振频段划分从而确定VMD中的本征固有模态个数,并根据共振频段边界预估VMD各个本征固有函数的初始中心频率与相应的惩罚因子取值,从而提高VMD的自适应性以及准确性。仿真结果表明,该方法能够正确识别低信噪比条件下的故障信号的共振频带,并对信号进行准确的分解。应用高速列车轴箱轴承实验数据对该方法进行实验验证,能够有效分解信号中包含的不同故障冲击;与选择不同惩罚因子的VMD算法相比,能够更准确地提取出信号中的不同故障冲击,对VMD分解的自适应性与准确性有着显著提高。     

基于VMD和改进CNN的舰船辐射噪声识别方法

针对海上低信噪比舰船目标的识别问题，对传统卷积神经网络进行改进并与变分模态分解相结合，提出了基于VMD和改进CNN的舰船辐射噪声识别方法。应用所提方法对东海试验中12艘辐射噪声信噪比低于5 dB的舰船目标进行了识别，平均正确率为98.6%;相比于其他7种识别方法，分别提升了24.8%、17.0%、15.1%、8.0%、13.1%、16.8%、5.2%;改进卷积网络较传统卷积网络在运算量和识别速率方面有明显优势。     

基于小波包分解和PCA-Attention-LSTM的舰船辐射噪声识别技术

为了改进舰船辐射噪声分类系统的性能,进一步提高识别准确率,文章提出了一种基于多特征的小波包分解在长短期记忆(LongShort-TermMemory,LSTM)网络中分类的方法。该方法首先通过小波包分解技术,分频段提取舰船辐射噪声的多种特征,将提取的特征利用主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)进行数据降维,通过添加注意力机制(Attention Mechanism)算法的LSTM网络,对辐射噪声结果分类,提高了学习效率和识别准确率。为了更精细地提取特征,分频段提取了舰船辐射噪声的时频域特征、小波变换特征和梅尔倒谱系数等特征,并将分频段与不分频段的特征、多特征与单一特征、不同信噪比间的算法性能进行对比。实验结果表明,基于小波包分解和PCA-Attention-LSTM的模型可以有效地提高舰船辐射噪声分类的性能,是一种可行的分类方法。     

基于改进小波阈值去噪的深度学习水下目标分类

由于海洋环境噪声复杂,噪声等级高,水下待识别目标信噪比低,从而造成了特征提取困难,目标识别率低的问题。基于此,文章提出了基于改进小波阈值的深度学习水下目标分类方法。此方法在传统小波阈值去噪的基础上提出了一种新的小波阈值函数,对于所采用的具体阈值将其与分解尺度相联系,从而实现降低背景噪声,提升水下目标分类识别率的目的。此方法对实测舰船辐射噪声信号进行小波分解,提取每一层的高频小波系数并对其进行处理;对处理完的信号再提取时频特征,最后将其输入后续的深度学习网络中。实验结果发现：在利用原有数据集情况下,利用基于改进小波阈值的深度学习进行水下目标的分类识别,采用卷积神经网络算法可达到88.56%的分类识别率。对前述实验结果进一步分析后,采用生成对抗网络的方法扩充数据样本,可达到96.673%的分类识别率。     

基于小波包时频图特征和卷积神经网络的水声信号分类

水下声信号分类是水声学研究的一个重要方向.一个有效的特征提取和分类决策方法对水声信号分类技术至关重要.文章将鱼声、商船辐射噪声和风关噪声三类实测的水声信号在小波包分解的基础上提取时频图特征,并搭建了一个七层结构的卷积神经网络作为分类器.研究结果表明:三种水声信号的小波包时频图特征结合卷积神经网络在不同测试集可达到(98...     

基于变分模态分解的水下目标噪声特征提取及分类

当信号中存在异常事件引起的间歇现象时,传统的经验模态分解算法常易产生较为严重的模态混叠现象,严重影响目标特征提取的性能。文章在水下被动目标信号特征分析提取中引用变分模态分解算法。该方法能够自适应地对信号频带进行切割,极大程度上避免了传统模态分解算法所产生的模态混叠现象,提高了对目标特征提取的准确性,同时也避免了无效计算。此外,还利用相关性阈值进行模态选择,一定程度上消除干扰模态。在对变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）的各阶模态函数进行希尔伯特变换的基础上,提出一种基于变分模态分解和希尔伯特变换（VDM-Hilbert Transformation,VDM-HT）联合处理的特征集进行目标分类。采用四种分类器对3种水下目标噪声信号进行分类。结果表明,VMD-HT算法所提取的特征集相比其他模态分解算法具有更好的分类性能。     

基于VMD的自适应形态学在轴承故障诊断中的应用

为有效提取滚动轴承信号的特征频率,提出了基于变分模态分解(VMD)的自适应形态学的特征提取方法。首先利用VMD将目标信号分解为有限个模态信号,依据互信息法提取与原始信号相关的模态信号,将其进行求和重构;然后利用形态学对重构信号进行降噪处理,提取出滚动轴承的特征频率。针对形态学固有统计偏移和结构元素的选择问题,利用粒子群算法来优化改进的广义形态学滤波器,实现自适应滤波。通过数字仿真实验与滚动轴承故障试验分析,将其与基于经验模式分解(EMD)的自适应形态学、包络解调方法进行比较,结果表明该方法可以有效提取故障信号的特征频率。     

基于IVMD-RPE的船舶噪声信号去噪及特征提取方法

针对由于复杂环境条件下的船舶噪声信号识别度低的问题,提出了一种改进的变分模式分解(Improved Variational Mode Decomposition,IVMD)、反向排列熵(Reverse Permutation Entropy,RPE)、加权排列熵(Weighted Permutation Entropy,WPE)和能量比相结合的船舶噪声信号识别分类方法。该方法利用IVMD将信号分解为若干本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF);再利用RPE对IMF进行筛选,得到敏感IMF,实现去噪过程;最后计算IMF的WPE并与各个IMF的能量比构建特征向量,建立长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)进行识别分类。实验结果表明,与经验模态分解相比,文中提出的基于IVMD-RPE的船舶噪声信号去噪及特征提取方法能有效减少环境噪声的影响,提高信噪比,对船舶噪声目标信号识别分类的准确率更高。     

舰船辐射噪声的分段自仿射IFS模型

本文根据舰船辐射噪声具有连续不可导和非平稳的特性,建立了分段自仿射ＩＦＳ模型。提取出ＩＦＳ参数并计算出ＩＦＳ分形维数。结果表明：１．在一定的压缩比下,由ＩＦＳ参数所恢复的信号具有较高的信噪比;２．两类不同目标的ＩＦＳ分形维数具有较好的离散度。本文为水声目标的分类与识别提供了新的特征分数。     

舰船辐射噪声广义多尺度数学形态学特征提取与应用研究

为稳定提取复杂水声环境下舰船辐射噪声的有效特征,在数学形态学方法的基础上提出一种广义多尺度数学形态腐蚀谱熵(generalized multiscale pattern erosion spectrum entropy, GMPESE)的舰船辐射噪声非线性特征提取方法。通过对千岛湖及东海实测舰船辐射噪声处理,验证了不同环境下该特征提取方法的可行性,分析了相关参数选取对特征区分度的影响,并比较了该特征提取方法与多尺度熵(multiscale sample entropy, MSE)特征的识别性能。数据处理结果表明,综合比较运算耗时、提取稳定的特征所需信号时长及复杂环境下目标识别准确率,GMPESE特征提取方法具有更大的优势。     

小波包分形与支持向量机在水声目标识别中的应用研究

水声目标分类识别是公认的水声信号处理难题,船舶辐射噪声是一种非线性非平稳信号,具有一定的混沌特性,更好地认识船舶辐射噪声的非线性性质,有助于更好地寻找有效的水声目标检测及识别算法。为了解决水声目标的分类识别问题,提出了利用小波包分形和支持向量机组合进行水声目标识别。利用小波包分解得到目标辐射噪声不同频带内信号分形维数作为特征矢量,并输入到支持向量机实现目标分类,实验结果表明,小波包分形和支持向量机的结合有比较好的分类识别效果,有一定的实际应用价值。