專(zhuān)利名稱(chēng)：基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的空化噪聲調(diào)制特征提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水聲噪聲信號(hào)處理，尤其涉及一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的空化噪聲調(diào)制特征提取方法。
背景技術(shù)：
空化是液流的壓力降低到該狀態(tài)液體汽化壓力以下時(shí)發(fā)生的一種流體現(xiàn)象，空泡潰滅在液體中產(chǎn)生沖擊波，微射流沖擊固體壁面則產(chǎn)生振動(dòng)。螺旋槳在水中產(chǎn)生空化時(shí)，氣泡破裂和水流沖擊引起的振動(dòng)產(chǎn)生高頻脈沖為寬譜信號(hào)，受螺旋槳械旋轉(zhuǎn)效應(yīng)往往被其調(diào)制，因此空化噪聲的調(diào)制特征反映了螺旋槳的重要的信息。通過(guò)對(duì)空化噪聲的解調(diào)分析可以提取螺旋槳的轉(zhuǎn)速。常規(guī)的解調(diào)分析方法是對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行帶通濾波、包絡(luò)檢波、功率譜分析，從噪聲信號(hào)包絡(luò)檢波信號(hào)的功率譜中提取調(diào)制特征。常規(guī)的空化噪聲的調(diào)制分析獲得的調(diào)制頻率分辨率取決于空化噪聲的持續(xù)時(shí)間，在噪聲信號(hào)持續(xù)時(shí)間短的情況下難以獲取好的分辨率精度。當(dāng)調(diào)制源工作不穩(wěn)定的情況下，也會(huì)導(dǎo)致常規(guī)方法的性能下降嚴(yán)重?！盎诂F(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的艦船噪聲信號(hào)DEMON分析”，聲學(xué)技術(shù)，2006，25(1) 71-74，研究了利用高階譜分析、小波分析和奇異值分解等現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)對(duì)常規(guī)解調(diào)制方法的改進(jìn)，這些方法比常規(guī)的解調(diào)制方法有一定的性能提高，但無(wú)法解決短時(shí)信號(hào)的調(diào)制頻率分辨率低的問(wèn)題?！盎诟唠A譜凈化的水聲目標(biāo)寬帶調(diào)制信號(hào)檢測(cè)”，指揮控制與仿真，2007，四(1) :103-106，給出一種利用希爾波特變換解調(diào)和高階累計(jì)量對(duì)角切片對(duì)解調(diào)譜進(jìn)行凈化的方法。對(duì)低信噪比和低頻信號(hào)干擾嚴(yán)重的空化噪聲的調(diào)制特征提取有較好效果，但不能解決短時(shí)空化噪聲的調(diào)制頻率精度差的問(wèn)題。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解是Hilbert-Huang變換的重要組成步驟。不同于傳統(tǒng)的使用固定形態(tài)窗口為分界基底的方法，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分界的基底函數(shù)是從信號(hào)中自適應(yīng)提取得到的本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function, IMF) 0它利用信號(hào)內(nèi)部時(shí)間尺度的變化進(jìn)行能量與頻率的解析，將信號(hào)展開(kāi)成滿足下列條件的IMF:1)函數(shù)的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)與過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或者相差一個(gè)；幻在任何時(shí)刻，由局部極值包絡(luò)線所定義的包絡(luò)均值為零。滿足上述兩個(gè)條件的IMF以及對(duì)IMF的hilbert變換譜構(gòu)成了一種對(duì)非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的有效自適應(yīng)處理方法，近年來(lái)獲得廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)方法對(duì)非平穩(wěn)空化噪聲的調(diào)制提取的不足，提出了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的空化噪聲調(diào)制特征提取方法，它利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的自適應(yīng)性和HiIbert-Huang變換的高分辨率，針對(duì)短時(shí)的空化噪聲數(shù)據(jù)，通過(guò)模態(tài)的評(píng)價(jià)與選擇，利用最優(yōu)模態(tài)的希爾伯特譜，獲取各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)調(diào)制頻率，完成空化噪聲的調(diào)制特征提取。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的空化噪聲調(diào)制特征提取方法， 其特征在于針對(duì)短時(shí)空化噪聲信號(hào)，先進(jìn)行信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)進(jìn)行帶通濾波獲取空化噪聲的帶通信號(hào)，對(duì)帶通信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波獲取包絡(luò)信號(hào)，對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行低通濾波E. 5計(jì)算包絡(luò)均值序列，歷(《) = * (h膨(n) + hmm (η))；
獲取低頻包絡(luò)信號(hào)，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將低頻包絡(luò)信號(hào)分解為多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF并評(píng)價(jià)選取最優(yōu)的IMF，對(duì)最優(yōu)IMF進(jìn)行Hilbert變換得到其Hilbert譜，利用Hilbert譜計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)頻率，完成空化噪聲調(diào)制特征提取，包括如下步驟A.由水聽(tīng)器采集船舶螺旋槳空化噪聲信號(hào)序列為s (η)，η = 0，1，. .，N_l，空化噪
權(quán)利要求
1. 一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的空化噪聲調(diào)制特征提取方法，其特征在于針對(duì)短時(shí)空化噪聲信號(hào)，先進(jìn)行信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)進(jìn)行帶通濾波獲取空化噪聲的帶通信號(hào)，對(duì)帶通信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波獲取包絡(luò)信號(hào)，對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行低通濾波獲取低頻包絡(luò)信號(hào)，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將低頻包絡(luò)信號(hào)分解為多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)IMF并評(píng)價(jià)選取最優(yōu)的IMF，對(duì)最優(yōu)IMF進(jìn)行Hilbert變換得到其Hilbert譜，利用Hilbert譜計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)頻率，完成空化噪聲調(diào)制特征提取，包括如下步驟A.由水聽(tīng)器采集船舶螺旋槳空化噪聲信號(hào)序列為s(n)，η = 0，1，. .，Ν-1，空化噪聲號(hào)序列的采樣頻率為fs，N ^ fs，對(duì)數(shù)據(jù)s (η)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的空化噪聲調(diào)制特征提取方法，針對(duì)短時(shí)空化噪聲信號(hào)，先進(jìn)行信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)進(jìn)行帶通濾波獲取空化噪聲的帶通信號(hào)，對(duì)帶通信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波獲取包絡(luò)信號(hào)、對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行低通濾波獲取低頻包絡(luò)信號(hào)，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將低頻包絡(luò)信號(hào)分解為多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(IMF)并評(píng)價(jià)選取最優(yōu)的IMF，對(duì)最優(yōu)IMF進(jìn)行Hilbert變換得到其Hilbert譜，利用Hilbert譜計(jì)算各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)頻率，完成空化噪聲調(diào)制特征提取。本方法利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的自適應(yīng)性和Hilbert-Huang變換的高分辨率，克服了傳統(tǒng)調(diào)制特征提取方法難以對(duì)短時(shí)、非平穩(wěn)調(diào)制的空化噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制特征提取的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102252748SQ20111008777
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者方世良, 王曉燕, 羅昕煒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)