[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)窗長(zhǎng)的船舶螺旋槳空化噪聲調(diào)制譜特征保真增強(qiáng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811036574.9
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109285561B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方世良;朱傳奇;羅昕煒;安良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G10L25/45
• 分類號(hào): G10L25/45;G10L25/48;G10L25/51
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種基于自適應(yīng)窗長(zhǎng)的船舶螺旋槳空化噪聲調(diào)制譜特征保真增強(qiáng)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)對(duì)船舶螺旋槳空化噪聲信號(hào)x[n]進(jìn)行寬帶平方解調(diào)，得到解調(diào)信號(hào)s[n]，n＝1，2，...，N，所述N為船舶螺旋槳空化噪聲信號(hào)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；

(2)根據(jù)解調(diào)信號(hào)s[n]預(yù)估解調(diào)譜P[l]，其中，l＝0，1，...，N/2-1，l為P[l]的離散頻率索引，檢測(cè)解調(diào)譜線譜位置f_k，并計(jì)算各線譜頻域信噪比SNR_k和頻率精測(cè)值其中，k＝1，2，...，K，K為檢測(cè)出的解調(diào)譜線譜根數(shù)；

(3)確定各線譜頻率相對(duì)于螺旋槳軸頻頻率預(yù)估值f_p的諧波次數(shù)r_k；

(4)根據(jù)線譜頻域信噪比SNR_k和頻率諧波次數(shù)r_k對(duì)各線譜頻率精測(cè)值進(jìn)行加權(quán)融合，估計(jì)螺旋槳軸頻頻率

(5)根據(jù)估計(jì)的螺旋槳軸頻頻率自適應(yīng)調(diào)整解調(diào)譜分析窗長(zhǎng)N，對(duì)解調(diào)譜進(jìn)行二次估計(jì)，獲取調(diào)制譜特征保真增強(qiáng)的船舶螺旋槳空化噪聲解調(diào)譜；

在步驟(1)中，獲取解調(diào)信號(hào)s[n]的方法如下：

(1-1)獲取船舶螺旋槳空化噪聲信號(hào)序列為x[n]，空化噪聲信號(hào)序列的采樣頻率為f_s，將空化噪聲信號(hào)序列x[n]通過(guò)通帶范圍為[f_L，f_H]的帶通濾波器，得到帶通信號(hào)x₁[n]，其中，f_L和f_H分別為帶通濾波器通帶范圍的下限頻率和上限頻率；

(1-2)對(duì)帶通信號(hào)x₁[n]進(jìn)行寬帶平方解調(diào)，得到解調(diào)信號(hào)x₂[n]；

(1-3)去除解調(diào)信號(hào)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)將解調(diào)信號(hào)x₃[n]通過(guò)通帶截止頻率為f_c的低通濾波器，得到低頻解調(diào)信號(hào)s[n]，n＝1，2，...，N；

在步驟(2)中，根據(jù)解調(diào)信號(hào)s[n]預(yù)估解調(diào)譜，對(duì)解調(diào)譜進(jìn)行線譜位置檢測(cè)，并計(jì)算出各線譜頻域信噪比和頻率精測(cè)值，方法如下：

(2-1)計(jì)算s[n]的離散傅里葉變換為：

其中l(wèi)為S[l]的離散頻率索引，j表示虛數(shù)單位，即

(2-2)依據(jù)S[l]計(jì)算s[n]的功率譜，即對(duì)船舶螺旋槳空化噪聲信號(hào)的解調(diào)譜進(jìn)行預(yù)估計(jì)：

其中，l為P[l]的離散頻率索引，||代表取模值運(yùn)算；

(2-3)將解調(diào)譜P[l]通過(guò)J階中值濾波器得到解調(diào)譜P[l]的趨勢(shì)項(xiàng)C[l]，l＝0，1，...，N/2-1；

(2-4)計(jì)算解調(diào)譜P[l]與趨勢(shì)項(xiàng)C[l]的差值譜D[l]：

D[l]＝P[l]-C[l]，l＝0，1，...，N/2-1

(2-5)將差值譜D[l]規(guī)范化得到規(guī)范化差值譜：

其中，Std(D[l])是求D[l]的標(biāo)準(zhǔn)差；

(2-6)設(shè)定幅度門(mén)限G提取解調(diào)譜線譜，若D₁(l)滿足如下條件則判為解調(diào)譜線譜：

假設(shè)共提取出K根解調(diào)譜線譜，第k根線譜在D₁[l]中的離散頻率索引為I_k，則第k根線譜的頻率為：

f_k＝I_kΔf，k＝1，2，...，K

其中，Δf為長(zhǎng)度為N的離散傅里葉變換的頻率分辨率，Δf＝f_s/N，計(jì)算第k根線譜的頻域信噪比為：

(2-7)取S[l]在離散頻率索引(I_k-1)，I_k，(I_k+1)處的模值，分別記作A_k1，A_k2，A_k3，即A_k1＝|S[I_k-1]|，A_k2＝|S[I_k]|，A_k3＝|S[I_k+1]|，利用所述模值A(chǔ)_k1，A_k2，A_k3計(jì)算第k根解調(diào)譜線譜頻率Rife差值的相對(duì)偏差δ_k，即：

(2-8)插值出第k根解調(diào)譜線譜的頻率即

在步驟(3)中，采用如下方法確定各解調(diào)譜線譜頻率精測(cè)值相對(duì)于螺旋槳軸頻頻率預(yù)估值的諧波次數(shù)r_k：

(3-1)利用最大公約數(shù)法對(duì)螺旋槳軸頻頻率進(jìn)行預(yù)估，具體包括如下步驟：

(3-1-1)對(duì)K根有序解調(diào)譜線譜頻率相互間求差頻：

將差頻數(shù)組{F_u，v}中的元素從小到大排序，得到新的差頻數(shù)組{F_w}，w＝1，2，...，W，其中W為差頻數(shù)組中差頻的個(gè)數(shù)；

(3-1-2)統(tǒng)計(jì)差頻數(shù)組中與差頻F_w的頻率之差在不超過(guò)2Δf的差頻個(gè)數(shù)，定義為該差頻的同頻品質(zhì)因數(shù)Q_w，Q_w初始值設(shè)為0，若

則F_w對(duì)應(yīng)的同頻品質(zhì)因數(shù)Qw加1；

(3-1-3)根據(jù)同頻品質(zhì)因數(shù)對(duì)差頻數(shù)組{F_w}中頻率相近的差頻進(jìn)行歸并，若

則將該兩個(gè)差頻之中同頻品質(zhì)因數(shù)小的差頻從差頻數(shù)組{F_w}中刪除，若兩個(gè)差頻的同頻品質(zhì)因數(shù)相等，則同時(shí)保留，記得到的新差頻數(shù)組為{F_m}，設(shè)共有M個(gè)差頻，并將差頻F_m的同頻品質(zhì)因數(shù)記為Q_m1，m＝1，2，...，M；

(3-1-4)用每一根解調(diào)譜線譜的頻率精測(cè)值除以差頻數(shù)組中差頻F_m的值，若滿足

則F_m對(duì)應(yīng)的倍頻品質(zhì)因數(shù)Q_m2加1，Q_m2初始值設(shè)為0，其中是求的四舍五入值；

(3-1-5)定義差頻頻率F_m的軸頻屬性品質(zhì)因數(shù)Q_m為Q_m1與Q_m2之積，即

Q_m＝Q_m1Q_m2，m＝1，2，...，M

軸頻屬性品質(zhì)因數(shù)Q_m最大的值對(duì)應(yīng)的差頻頻率F_m即為軸頻頻率預(yù)估值，記為f_p，若存在兩個(gè)差頻頻率的軸頻屬性品質(zhì)因數(shù)相等，則選擇差頻頻率較大的作為軸頻頻率預(yù)估值；

(3-2)判斷每一根解調(diào)譜線譜的頻率精測(cè)值是否為軸頻頻率預(yù)估值f_p的諧波頻率，若滿足

則將頻率精測(cè)值判為軸頻頻率預(yù)估值f_p的諧波頻率，保留該解調(diào)譜線譜，否則將該線譜頻率精測(cè)值從解調(diào)譜線譜頻率精測(cè)值序列中刪除，同時(shí)解調(diào)譜線譜根數(shù)K減1；

(3-3)計(jì)算第k根解調(diào)譜線譜的頻率精測(cè)值相對(duì)于軸頻頻率預(yù)估值f_p的諧波次數(shù)r_k