[發(fā)明專利]基于可控濾波器組的艦船噪聲功率譜分析電路及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611058673.8
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106644042B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付繼偉;汪小亞;蘆廷彬;張利;陳韶華;王澤;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七一0研究所
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;H03H11/46
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;仇蕾安

本發(fā)明公開了基于可控濾波器組的艦船噪聲功率譜分析電路及其方法，有效提高了信號功率譜分析的精細程度和實時性。本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于可控濾波器組的艦船噪聲功率譜分析電路，其特征在于，包括在艦船噪聲能量集中的頻段上并行設(shè)置的一系列濾波器和平方積分檢波器的串聯(lián)組合、以及一個數(shù)字信號處理器，其中所有平方積分檢波器的輸出端均連接至數(shù)字信號處理器的輸入端。其中各通道濾波器的通帶和中心頻率由外部時鐘頻率控制，可以按照預(yù)先設(shè)定的順序依次掃描艦船輻射噪聲的各個頻段，由于艦船輻射噪聲信號功率譜有一定的時間穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于艦船噪聲分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于可控濾波器組的艦船噪聲功率譜分析電路及其方法。

背景技術(shù)

艦艇輻射噪聲功率譜一般由兩種成分組成。一種是寬帶噪聲，主要來源于螺旋槳附近海水的空化過程，頻率從零附近連續(xù)地延伸到幾十千赫以上；另一種是極窄的線狀譜，主要集中在1千赫以下的低頻段。在艦艇輻射噪聲信號功率譜分析中，線譜尤其受到重視，其主要是由于艦艇機械部件的往復(fù)運動和螺旋槳葉片的周期性擊水以及葉片共振產(chǎn)生的。不僅艦艇輻射噪聲功率譜特有的集中而穩(wěn)定的能量可用來提高檢測性能，而且艦艇輻射噪聲功率譜本身攜帶的頻率信息，可以用于目標參數(shù)估計與類型識別。實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，艦艇輻射噪聲信號線譜強度與附近連續(xù)譜1赫茲內(nèi)含有的功率相比，有的可超出10～25dB，而穩(wěn)定時間達到10分鐘以上。因此，在感興趣的頻段上并列的設(shè)置一系列密接的濾波器-平方器-積分器，則其輸出將給出輸入信號功率譜在一系列頻率(各窄帶濾波器中心頻率)上取值的估計，這種分析方法在水聲工程領(lǐng)域稱為濾波器組法，所用濾波器組可以是數(shù)字濾波器也可以是模擬濾波器。

常規(guī)的基于數(shù)字濾波器組的艦船輻射噪聲功率譜分析方法，涉及到大規(guī)模的數(shù)值運算，對數(shù)字電路硬件平臺的要求較高，運算結(jié)果的實時性受到硬件平臺運算速度的限制；常規(guī)的模擬濾波器法，雖然響應(yīng)的實時性較好，但受到系統(tǒng)電路規(guī)模的限制，其中窄帶濾波器的個數(shù)畢竟有限，濾波器組的排列密集程度直接限制了信號功率譜分析的精細度。因此，對于電路規(guī)模、功耗等各項指標都有要求的小型自持式系統(tǒng)而言，目前常規(guī)的、單純的數(shù)字或模擬濾波器組用于艦船輻射噪聲功率譜分析，都難以兼顧分析結(jié)果的實時性與精細度。

針對以上問題，由于艦艇輻射噪聲功率譜在一定時間段內(nèi)是相對穩(wěn)定的，因此可以先將艦艇輻射噪聲信號功率譜分析的時間歷程劃分為若干個子工作周期，所有子工作周期的長度相加起來要小于艦艇輻射噪聲功率譜的穩(wěn)定時間。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了基于可控濾波器組的艦船噪聲功率譜分析電路及其方法，有效提高了信號功率譜分析的精細程度和實時性。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于可控濾波器組的艦船噪聲功率譜分析電路，其特征在于，包括在艦船噪聲能量集中的頻段上并行設(shè)置的一系列濾波器和平方積分檢波器的串聯(lián)組合、以及一個數(shù)字信號處理器，其中所有平方積分檢波器的輸出端均連接至數(shù)字信號處理器的輸入端。

將艦艇噪聲信號功率譜分析的時間歷程劃分為多個子工作周期，所有子工作周期的相加起來長度小于艦艇噪聲功率譜的穩(wěn)定時間。

在一個子工作周期規(guī)定的時間段內(nèi)，各濾波器的中心頻率按照1/3倍頻程的間隔密集排列，構(gòu)成分析頻段，艦艇噪聲信號經(jīng)過開關(guān)電容濾波器組后，被分離為若干個窄帶信號，經(jīng)平方積分檢波器處理后，得到艦艇輻射噪聲信號在該分析頻段內(nèi)的估計值，發(fā)至數(shù)字信號處理器，獲得當前子工作周期的分析結(jié)果，直至所有的子工作周期分析完成，通過將每個子工作周期獲得的分析結(jié)果拼接，得到完整的艦船噪聲功率譜的分析結(jié)果。

進一步地，濾波器為開關(guān)電容濾波器。

進一步地，在下一個子工作周期內(nèi)，通過對各開關(guān)電容濾波器輸入時鐘頻率改變開關(guān)電容濾波器的中心頻率，使其與上一個子工作周期的分析頻段相銜接。

有益效果：