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一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法技术

技术编号:20244486 阅读:45 留言:0更新日期:2019-01-29 23:55
本发明专利技术公开了一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法,该方法包括如下步骤:第一步:对船舶螺旋桨空化噪声信号进行宽带平方解调;第二步:预估解调谱,检测解调谱线谱位置,并给出各线谱频域信噪比;第三步:确定各线谱频率相对于螺旋桨轴频频率预估值的谐波次数;第四步:对各线谱频率进行加权融合,估计螺旋桨轴频频率;第五步:根据估计的螺旋桨轴频频率自适应调整解调谱分析窗长,对解调谱进行二次估计。本发明专利技术利用船舶螺旋桨空化噪声各解调谱线谱频率和螺旋桨轴频频率之间存在的固有整数倍关系,根据估计的螺旋桨轴频频率自适应调整解调谱分析窗长,对解调谱进行二次估计,获取调制谱特征保真增强的解调谱。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法
本专利技术属于信号处理
,尤其涉及一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法。
技术介绍
螺旋桨噪声包括螺旋桨空化噪声和螺旋桨旋转噪声两大主要成分。螺旋桨空化噪声是由螺旋桨旋转时产生的大量气泡破裂引起的。由于这些气泡大小不等且随机破裂,空化噪声具有平稳连续谱的性质。而螺旋桨旋转噪声又被称为“唱音”,这是由于螺旋桨旋转时,大量气泡的产生和破裂具有准周期的特点而引起的。相关文献和实验表明“唱音”表现为叠加在连续谱上的线谱分量,其频率与螺旋桨的转速和叶片数直接相关,满足关系:fi=i*nb*fp,其中nb为螺旋桨的叶片数,fp为螺旋桨轴频频率,i是谐波次数,fi是相应的频率。可以看出,各线谱间存在谐波关系,轴频频率为各次谐波频率的基频频率。另外,在舰船航行过程中,螺旋桨叶片的高速旋转会对螺旋桨空化噪声的幅度产生周期性调制。因此,螺旋桨噪声存在包络周期调制,调制频率为螺旋桨转动的轴频、叶频,载频为螺旋桨空化噪声。通常采用宽带平方低通检波法获取螺旋桨空化噪声的调制信号,然后采用周期图法对解调谱进行分析,推断螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:(1)对船舶螺旋桨空化噪声信号x[n]进行宽带平方解调,得到解调信号s[n],n=1,2,...,N,所述N为船舶螺旋桨空化噪声信号采样点个数;(2)根据解调信号s[n]预估解调谱P[l],其中,l=0,1,...,N/2‑1,l为P[l]的离散频率索引,检测解调谱线谱位置fk,并计算各线谱频域信噪比SNRk和频率精测值

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:(1)对船舶螺旋桨空化噪声信号x[n]进行宽带平方解调,得到解调信号s[n],n=1,2,...,N,所述N为船舶螺旋桨空化噪声信号采样点个数;(2)根据解调信号s[n]预估解调谱P[l],其中,l=0,1,...,N/2-1,l为P[l]的离散频率索引,检测解调谱线谱位置fk,并计算各线谱频域信噪比SNRk和频率精测值其中,k=1,2,...,K,K为检测出的解调谱线谱根数;(3)确定各线谱频率相对于螺旋桨轴频频率预估值fp的谐波次数rk;(4)根据线谱频域信噪比SNRk和频率谐波次数rk对各线谱频率精测值进行加权融合,估计螺旋桨轴频频率(5)根据估计的螺旋桨轴频频率自适应调整解调谱分析窗长N,对解调谱进行二次估计,获取调制谱特征保真增强的船舶螺旋桨空化噪声解调谱。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法,其特征在于,在步骤(1)中,获取解调信号s[n]的方法如下:(1-1)获取船舶螺旋桨空化噪声信号序列为x[n],空化噪声信号序列的采样频率为fs,将空化噪声信号序列x[n]通过通带范围为[fL,fH]的带通滤波器,得到带通信号x1[n],其中,fL和fH分别为带通滤波器通带范围的下限频率和上限频率;(1-2)对带通信号x1[n]进行宽带平方解调,得到解调信号x2[n];(1-3)去除解调信号x2[n]的直流分量得到:x3[n]=x2[n]-E(x2[n])其中,E(x2[n])是求x2[n]的均值;(1-4)将解调信号x3[n]通过通带截止频率为fc的低通滤波器,得到低频解调信号s[n],n=1,2,...,N。3.根据权利要求1-2任一所述的一种基于自适应窗长的船舶螺旋桨空化噪声调制谱特征保真增强方法,其特征在于,在步骤(2)中,根据解调信号s[n]预估解调谱,对解调谱进行线谱位置检测,并计算出各线谱频域信噪比和频率精测值,方法如下:(2-1)计算s[n]的离散傅里叶变换为:其中l为S[l]的离散频率索引,j表示虚数单位,即(2-2)依据S[l]计算s[n]的功率谱,即对船舶螺旋桨空化噪声信号的解调谱进行预估计:其中,l为P[l]的离散频率索引,||代表取模值运算;(2-3)将解调谱P[l]通过J阶中值滤波器得到解调谱P[l]的趋势项C[l],l=0,1,...,N/2-1;(2-4)计算解调谱P[l]与趋势项C[l]的差值谱D[l]:D[l]=P[l]-C[l],l=0,1,...,N/2-1(2-5)将差值谱D[l]规范化得到规范化差值谱:其中,Std(D[l])是求D[l]的标准差;(2-6)设定幅度门限G提取解调谱线谱,若D1(l)满足如下条件则判为解调谱线谱:假设共提取出K根解调谱线谱,第k根线谱在D1[l]中的离散频率索引为Ik,则第k根线谱的频率为:fk=IkΔf,k=1,2,...,K其中,Δf为长度为N的离散傅里叶变换的频率分辨率,Δf=fs/N,计算第k根线谱的频域信噪比为:(2-7)取S[l]在离散频率索引(Ik-1),Ik,(Ik+1)处的模值,分别记作Ak1,Ak2,Ak3,即Ak1=|S[Ik-1]|,Ak2=|S[Ik]|,Ak3=|S[Ik...

【专利技术属性】
技术研发人员:方世良朱传奇罗昕炜安良
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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