经验模态分解在直升机谱特征提取中的应用

为了更有效地提取直升机辐射噪声的频谱特征,提出了一种基于经验模态分解(EMD)的特征提取算法.仿真研究表明EMD具有突出信号局部特征且余量可表征信号变化趋势的特性,该算法将目标辐射噪声的频谱构成和EMD的特性相结合,将EMD应用于变换域(信号频谱序列)信号分析,有效的实现了信号连续谱的提取.相比于平滑滤波器法须人为选择最优的α值,且提取的连续谱有滞后性的不足,文中所示方法可自适应的提取信号的连续谱,且在准确无滞后地估计连续谱的同时,对线谱有一定的"增益",为后续的目标识别提供更全面的信息.     

不同喷嘴结构的水射流噪声分析

针对现有声扫雷具尺寸与重量较大、功耗较高、适装性差等问题,本文开展了水射流噪声研究,实现舰船辐射噪声的模拟.本文以有效扫除声引信水雷,或与磁扫雷具配合,扫除声磁联合引信水雷.采用Lighthill声比拟理论,建立了不同喷嘴结构的水射流噪声理论模型,研究了压力分布和辐射噪声与喷嘴结构之间的关系,并分析了喷流噪声的频谱特征...     

基于高阶统计量的舰船瞬态噪声测量分析方法

为解决舰船典型瞬态工况下水下辐射噪声的测量与分析,本文提出基于高阶统计量的瞬态噪声产生和结束时刻判别方法,结合时频分析、FIR滤波器、瞬态信号能量计算方法等算法,综合运用各算法的优势,获取瞬态噪声总体能量大小和特征频谱,建立不同瞬态工况辐射噪声对比平台,进而实现对舰船瞬态噪声的测量与分析;通过开展海上锚泊状态下声源发射验证试验,分别发射脉冲信号和单频调幅信号,依据建立的瞬态噪声分析方法对接收的瞬态信号进行分析,给出了各工况噪声总能量和1/3oct频谱,其频谱总能量与实际总能量差值小于1dB,表明,该方法对于舰船瞬态噪声的测量分析具有较好的工程应用价值。     

一种周期性管柱中声波频谱评价方法

基于声波频谱特性对钻杆等周期性管柱中信息传输的重要性,提出了基于改进雷达图法的声波频谱多级评价方法.该方法针对频谱中通阻带交替分布的特性,选取通带上限频率、通带下限频率、通带宽度、通带内峰值、通带内峰值对应频率和通带能量作为评价通带特性的三级指标,将通带评价函数值作为评价频谱特性的二级指标.基于雷达图法构造了多指标的评价向量与评价函数,通过对评价函数值的计算量化表征通带与频谱特性.研究了轴向拉应力对管柱中声波频谱特性的影响,并建立了判别标准.结果表明:拉应力的存在对声波频谱及频谱中通带特性影响显著,随拉应力增加,频谱特性评价指标先增后减,存在频谱特性最优的峰值点.该结果能够用来指导载波频率的优选和声波中继器位置的设计,从而降低井下因素对钻柱中信号的不利影响.     

基于轮胎加速下落法的水泥混凝土路面噪声特征

基于轮胎/路面噪声产生机理,对轮胎下落法进行了改进,提出了轮胎路面噪声测试的新方法——室内加速下落法。在此基础上,测试了轮胎冲击不同刻槽参数组合、光面及多孔混凝土试板时的声压水平和声压频谱特征。结果表明:多孔混凝土路面噪声水平比横向和纵向刻槽混凝土噪声水平低10dB(A)和3dB(A);相同刻槽参数的纵向刻槽比横向刻槽水泥混凝土路面噪声低0.2～9.1dB(A);光面混凝土路面噪声水平高出纵向刻槽水泥混凝土路面约3dB(A)。混凝土路面的1/3倍程中心频率为连续谱,并且噪声主体部分在200～2 000Hz之间;最大声压级对应的频率一般在500～1 500Hz之间;纵向刻槽和多孔混凝土路面的频谱曲线没有出现噪声尖峰,而横向刻槽混凝土路面存在明显的噪声尖峰,光面混凝土路面的噪声尖峰出现的频率位置较横向刻槽混凝土路面大200Hz,其峰值也较横向刻槽混凝土路面小。     

光子晶体光纤中反常色散区超连续谱产生的机理研究

对光子晶体光纤中超连续谱产生的机理作了初步探讨,认为超连续谱产生的主要原因是高阶孤子的分裂和四波混频效应,自相位调制并不是形成超连续谱的主要原因,当泵浦波长位于光纤反常色散区时可以直接形成高阶孤子,这些孤子随后分裂成基孤子辐射和对应的非孤子辐射,然后发生四波混频效应,使能量不断向其它频谱分量上转移,最后形成了很宽的超连续谱。     

小波变换用于舰船辐射噪声调制信息检测

应用小波分析从舰船辐射噪声中提取调制信息,进行了仿真研究,供舰船识别利用.首先讨论了舰船辐射噪声的产生机理、构成和频率特性,指出螺旋桨噪声的振幅存在周期性调制.其次利用小波的多分辨分析的方法,在中低信噪比条件下,仿真实现了调制信号和舰船辐射噪声的分离.其结果表明,相对于传统DEMON分析,利用小波以及希尔伯特变换可以更快更好地提取舰船辐射噪声的调制信息.在水声信号处理领域,小波变换对于舰船调制信息提取是一种有效手段.     

不同喷嘴结构的水射流噪声分析

针对现有声扫雷具尺寸与重量较大、功耗较高、适装性差等问题,本文开展了水射流噪声研究,实现舰船辐射噪声的模拟,以有效扫除声引信水雷,或与磁扫雷具配合,扫除声磁联合引信水雷。本文采用Lighthill声比拟理论,建立了不同喷嘴结构的水射流噪声理论模型,研究了压力分布和辐射噪声与喷嘴结构之间的关系,并分析了喷流噪声的频谱特征及其主要影响因素。结果证实了喷流声源用于声扫雷具的可行性,且风琴管形结构可提高喷嘴在远场的噪声辐射性能,在扫雷应用中具有更大的优势。     

一种基于DTW算法的谱图匹配声纳目标识别方法

为解决由于舰船目标螺旋桨轴频不同造成DEMON谱线谱频率不同而难以直接比对的问题,利用DTW算法将DEMON谱数据根据线谱频率进行对齐,解决了难以比对的问题,并对实测舰船辐射噪声进行了分析。结果表明,利用DTW算法的识别率在原先匹配识别的基础上提高了3%~5%,说明基于DTW算法对谱图匹配声纳目标进行识别是有效的。     

舰船辐射噪声信号自然测度计算分析

通过对舰船辐射噪声信号的混沌特征研究,实现了对舰船辐射噪声信号自然测度提取算法,并利用H enon混沌系统和Lorenz混沌系统对算法进行了仿真验证。通过对水中两类舰船海上实测辐射噪声260个数据样本的自然测度特征提取,采用BP网络分类器进行了分类实验,表明在水声信号检测和识别系统中自然测度特征可以成为水声目标分类的重要依据。     

舰船辐射噪声特性的模拟与仿真

舰船辐射噪声的模拟主要是在掌握舰船声特性的基础上,了解各参数频谱,进行建模,逼真的模拟出舰船辐射噪声。在技术日新月异的今天,声纳技术的研究成为海洋军事的重要技术,各种算法和技术研究都需要大量的噪声数据作为基础。而采集数据可以有两种方式,一种是试验现场真实采集,另一种是模拟仿真数据。但真是采集的数据为混合数据,还需要提取,并且成本较高;而且仿真数据可以在知道数据某些特性的基础上,校准处理算法的参数。     

输气管道阀门内漏声发射多参数检测实验研究

针对输气管道阀门内漏喷流噪声声场特征复杂特点,应用声发射检测系统进行阀门内漏过程的检测实验研究,提取阀门不同内漏率下声发射信号波形频谱特征和时域、频率参数特征;应用最小二乘法拟合函数曲线,获得声发射信号特征参数与内漏率对应关系。实验结果表明,声发射信号特征参数(均方根、标准差、均值、频域峰值)与内漏率之间都存在明显对应关系,可利用声发射信号多参数分析进行阀门内漏程度评价研究,以提高内漏识别的准确度。     

纳秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱

采用纳秒激光器作为泵浦源,在光子晶体光纤中实现宽带超连续谱输出,并研究泵浦脉冲重复频率对超连续谱产生的影响.在重复频率150 kHz、峰值功率256 W时,利用25 m长光子晶体光纤实现输出功率为0.76 W、光谱范围超过1 200 nm的超连续谱输出.利用该激光器的重复频率可调性,选取重复频率50 kHz和100 kHz的泵浦脉冲,对平均功率相同、重复频率不同的3组泵浦条件所形成超连续谱进行对比,发现在平均功率相同时,重复频率越低的泵浦脉冲获得的超连续谱宽度越宽.     

舰船辐射噪声指向性统计模型及分析方法

为了研究舰船目标辐射噪声空间特性,以单一部位垂向剖面的噪声指向性为例,建立了基于稳健回归理论和实测数据的舰船目标辐射噪声指向性的统计模型,给出了相应的统计分析方法,并开展了海上实测数据分析研究,验证了该模型及分析方法的正确性和可行性。同时,研究结果也表明:该统计模型及方法具有简单灵活、实用和可靠等优点,适用范围广,可为深入分析不同航行工况及测试环境条件下各类舰船目标的噪声空间特性及其统计规律创造条件。     

超指向性小孔径圆柱阵舰艇辐射噪声源分辨与测量方法

解决了舰船辐射噪声测量过程中采用大孔径基阵易受到水声信道影响及布放实施困难的问题。在该方法的研究过程中,提出了一种利用超指向性小孔径圆柱阵对舰船辐射噪声源进行分辨与噪声级测量的方法。该方法利用超指向性小孔径圆柱阵主瓣宽度较窄、增益较高的特点,可同时实现对舰船多个辐射噪声源的分辨与噪声级测量。首先建立了具有超指向性的圆柱阵波束形成理论模型;其次,推导了基于超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声测量的理论公式;最后,通过计算机仿真实验分析了超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声源分辨能力及噪声级测量性能。仿真结果表明:当阵元间距与波长之比小于0.5时,超指向性波束形成的指向性指数远大于常规波束形成,能有效分辨舰船低频辐射噪声源;该方法能有效地测量舰船低频辐射噪声级,并且测量误差较小。     

多目标拓扑优化的低响度正时罩设计

为了改善正时罩的声品质性能,建立正时罩的有限元模型.提取连接螺栓处在整机多体动力学计算中的振动位移,并作为正时罩频率响应的激励施加于正时罩螺栓孔.对比正时罩测点的振动加速度级的仿真值与测试值,发现两者在趋势及幅值上较吻合,验证了频率响应的准确性.建立正时罩边界元模型,并将频率响应计算结果作为声学边界元的边界条件预测辐射噪声.采用表面振动速度测试值计算辐射噪声声功率,并验证声学预测的准确性.依据Moore响度模型编写响度计算程序,并计算出正时罩辐射噪声响度.确定响度贡献较大的几阶约束模态,通过多目标拓扑优化布置加强筋,以提高刚度使模态频率与激励峰值频率分离,最终降低正时罩辐射噪声响度.仿真结果表明:正时罩辐射噪声响度由49.8sone降到46.5sone,降幅达6.7%,人主观可以感受到噪声舒适性得到改善;辐射噪声声功率级总值由84.7dB降低到83.8dB,降低0.9dB.     

舰船瞬态噪声测试分析方法

针对舰船典型瞬态噪声量级及特征频谱准确获取问题,本文依据高阶统计量理论,突破了瞬态噪声产生和结束时刻判别技术,综合运用时频分析、FIR滤波器、瞬态信号能量计算等多种信息处理方法,建立了舰船瞬态噪声总体能量和频谱计算方法。本文构建了不同瞬态工况噪声对比平台,并开展了理论仿真和海上锚泊状态下声源模拟验证试验研究。研究结果表明,建立的瞬态噪声信息处理方法,能够准确获取瞬态噪声产生和结束时刻,以及瞬态噪声总体能量大小和特征频谱,其频谱总能量与实际相差小于1 dB,有效验证了该方法的工程有效性和实用性。     

提取舰船辐射噪声信号奇异性方法研究

研究了舰船辐射噪声的Lipschitz奇异性指数的分类性能及其提取方法。提出对舰船噪声进行自适应Gauss平滑滤波是一可取的前置处理方法,它可以提高特征参数的识别与分类能力。对实测的舰船信号的仿真实验证实,在分类和识别舰船被动目标前,进行适当的滤波,再提取Lipschitz指数可使得所提取的特征识别和分类能力更高。     

基于经验模态分解的目标特征提取与选择

经验模态分解(EMD)是一种新的非平稳时变信号处理方法,可以自适应地将信号的局部特征逐级分解出来。提出了基于EMD的舰船噪声特征提取与选择方法,将本征模态函数(IM F)分量及其瞬时频率作为特征,并选择其判别熵作为特征向量的可分性度量。数值仿真和实际噪声数据处理的结果表明IM F分量和频率可以充分体现目标的特征,具有良好的类别可分性。     

喷射流场及其辐射声场数值模拟

为研究喷管结构对射流噪声的影响,采用大涡模拟对不同截面形状喷口形成的非定常湍射流场进行了数值模拟.在流场计算的基础上,结合Ffowcs Williams-Hawkings积分方程对远场声场进行了计算,得到不同喷管结构对应的湍射流场的流动结构及其辐射噪声的频谱特性.计算结果表明,椭圆形截面喷管的出口附近存在大量的旋涡结构,增大了射流边界层处的气流掺混,从而降低了射流核心区的长度,有效抑制了喷射噪声,在5种不同结构的喷管中,椭圆形截面的喷管对应的辐射声压最低,而矩形喷管对应的辐射声压最高;在射流方向的30°～75°扇形区域内,辐射声信号最强且存在明显的指向性.