【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及到飞行器声探测，特指一种基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法。
技术介绍
1、直升机是利用旋翼提供升力、推进力和操纵力，其具有独特的垂直起降、悬停、高机动、低空低速飞行等性能。因此，直升机可作为一种灵活机动的空中运输和作战平台，广泛应用于运输、巡逻、旅游、救援、作战等领域。
2、根据气动声学理论，旋翼的高速旋转必然会导致存在强烈的气动噪声，并且该噪声具有十分明显的信号特征。其中的低频成分在空气中传播时衰减较少，传播距离较远，在实际应用中可利用该气动噪声实现直升机的声探测。然而，当直升机远距离飞行时，由于声信号在空气中传播时的衰减，以及强烈背景噪声的存在，就会导致所测得的旋翼气动噪声的信噪比(snr)极低，使得在远距离情况下的检测率较低，从而极大地限制了直升机的探测距离。
3、在过去几十年中，从业者已经开发了多种方法对直升机声信号进行增强。其中基于非负矩阵分解的增强方法是一种具有代表性的需要用到先验知识的语音增强技术，它是通过训练阶段得到的语音和噪声的基矩阵，并将其用来存储语音和噪声的先验信息。此方法在非平稳的噪声环境取得了较为不错的增强效果。但是其需要大量的先验信息，并且计算量较大。
4、另有从业者提出了小波变换的方法，它也已经广泛用于直升机声信号降噪中。基于小波分析的方法是通过对直升机声信号进行小波变换，然后通过小波重构直升机声信号的思想实现降噪。虽然其算法简单，计算速度快；但是它的缺点是忽略了信号的很多细节，从而导致信号的失真。
5、还有从业者提出了基
6、常规波束形成是通过将各传声器的信号进行合适的加权求和，从而增强期望方向的声源信号，如图1所示。而不同波束形成器的区别就在于：权值系数的取值方式不相同。差分波束形成通过对常规的波束形成添加一定的约束条件，得到阵列中各个传声器的权值系数，从而利用差分逼近微分的原理得以测量出声压的高阶微分。因此差分波束形成具有波束图指向性高、阵列增益高、波束图形状的设计灵活等优点。而这些优点使得其完全适用于远距离下直升机旋翼气动噪声的增强。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、适用范围广、易实现、能够大幅提高直升机声检测能力的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其包括：
4、步骤s1：构造直升机旋翼气动噪声的仿真信号，对直升机旋翼气动噪声信号进行仿真建模形成仿真模型；
5、步骤s2：利用差分波束形成对仿真信号进行空域滤波；
6、步骤s3：观测波束形成器的空域滤波效果；
7、步骤s4：基于差分波束形成的直升机旋翼气动噪声增强。
8、作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤s1中，基于直升机旋翼气动噪声信号的循环平稳特性，根据循环平稳相关理论对其进行仿真建模。
9、作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤s1包括：
10、步骤s101：所述直升机旋翼气动噪声信号包括一阶循环平稳的线谱噪声和二阶循环平稳的宽带噪声；在构造旋翼气动噪声的模拟信号时只考虑了一阶循环平稳部分cs1和二阶循环平稳部分cs2，建立如下信号模型：
11、
12、步骤s102：根据上述信号模型，所述仿真模型由两个分量组成，即：（1）旋翼气动噪声；（2）平稳的白色噪声；
13、旋翼气动噪声建模为一阶循环平稳信号和二阶循环平稳信号的合成，如下所示：
14、
15、式中， t= n/ fs代表采样网格的时间，并且 fs代表采样频率； fsf和 fbf是转子的轴旋转频率和叶片通过频率； i是模拟中谐波和循环频率的阶数； ai和 bi分别是第 i阶srf谐波和bpf谐波的振幅； c( t)是宽带噪声的平稳随机载波信号。
16、步骤s103：选取仿真参数，模拟真实直升机的旋翼气动噪声。
17、作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤s2中，利用差分波束形成对仿真信号进行空域滤波；利用差分逼近微分的原理测量声压的高阶微分，通过一阶差分波束形成、二阶差分波束形成达到对于直升机旋翼气动噪声信号的增强效果。
18、作为本专利技术方法的进一步改进：所述一阶差分波束形成的流程包括：
19、采用两个传声器；
20、一阶差分波束形成由两个传声器获得的信号作为输入；
21、将2号传声器获得的输入信号 x2( t)进行一定的延时；
22、将1号传声器获得的输入信号 x1( t)与延时后的 x2( t)做差；
23、将其结果通过一个均衡滤波器，实现对原始信号进行空域滤波：
24、
25、式中，为均衡滤波器的时域形式，代表线性卷积；
26、得到的一阶差分波束形成器为：
27、
28、其中，下标fdb是一阶差分波束形成的英文首字母缩写。
29、作为本专利技术方法的进一步改进：所述二阶差分波束形成的流程包括：
30、采用三个传声器；
31、二阶差分波束形成通过对两个一阶差分波束形成的结果再做减法运算得到；
32、得到二阶差分波束形成的实现过程：
33、
34、得到二阶差分波束形成器为：
35、
36、其中下标sdb是二阶差分波束形成的英文首字母缩写。
37、作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤s3包括：
38、通过添加约束条件可得到波束形成器，得到线性阵列对来自方向信号的响应的数学表达式为：
39、
40、式中，为线性传声器阵列的相对传递函数向量；
41、绘制此响应的模值随角度变化的图形，该图即为波束图。
42、作为本专利技术方法的进一步改进：采用线性传声器阵列，得到：
43本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤S1中，基于直升机旋翼气动噪声信号的循环平稳特性，根据循环平稳相关理论对其进行仿真建模。
3.根据权利要求2所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用差分波束形成对仿真信号进行空域滤波；利用差分逼近微分的原理测量声压的高阶微分，通过一阶差分波束形成、二阶差分波束形成达到对于直升机旋翼气动噪声信号的增强效果。
5.根据权利要求4所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述一阶差分波束形成的流程包括：
6.根据权利要求4所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述二阶差分波束形成的流程包括：
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于差分波束形成的远
8.根据权利要求7所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，采用线性传声器阵列，得到：
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤S4包括：差分波束形成增强期望信号信噪比是从空间对信号进行选择性地拾取，对旋翼气动噪声模拟信号添加噪声应避免和期望方向一致；绘制差分波束形成模型。
...【技术特征摘要】
1.一种基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤s1中，基于直升机旋翼气动噪声信号的循环平稳特性，根据循环平稳相关理论对其进行仿真建模。
3.根据权利要求2所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于差分波束形成的远场直升机声音接收增强方法，其特征在于，所述步骤s2中，利用差分波束形成对仿真信号进行空域滤波；利用差分逼近微分的原理测量声压的高阶微分，通过一阶差分波束形成、二阶差分波束形成达到对于直升机旋翼气动噪声信号的增强效果。
5.根据权利要求4所述的基于差分波束形...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏春华，伍成锋，刘兆年，王勇，陈正武，王勋年，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。