基于耳蜗模型的舰船噪声谱分析

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1、基于耳蜗模型的舰船噪声谱分析谢骏，胡均川，笪良龙，李玉阳（海军潜艇学院战术水声环境数据中心，山东青岛266071）摘要：为提取舰船噪声听觉特征，应用被动长波模型对舰船噪声进行了分析，得到噪声信号的二维时空分布。给出了4种一维特征，它们能够分别从不同侧面反映舰船噪声时频幅特征，同时简化了特征的描述方式。大量实验表明，基于听觉模型特征分析结果，较全面的反映了舰船噪声的听觉特征，为被动声纳目标识别提供了新的特征分析方法。关键词：耳蜗模型；被动长波模型；舰船噪声；特征提取；被动声纳；水下目标识别；听觉感知中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：Spectrumanalys

2、isbasedoncochleamodelfornavalvesselradiationnoiseXIEJun,HUNJun-chuan,DALianglong,LIYuyang(NavalSubmarineAcademyTacticalUnderwaterAcousticalDatabaseCenter,QingDao266071,China)Abstract：Apassivelongwavecochleamodelisappliedtoextractaudialfeatureofnavalvesselradiationnoise.Basedonthemodel,atwo

3、dimensionaltimespacedistributionSpectrumofnoisesignaliscalculated.Fouronedimensionalfeatureswithsimpleformarepresented.Theexperimentresultsshowsthatthefeaturesbasedoncochleamodelisconsistentwithauditoryperceptionofnoisesignal.Theapproachisanewmethodtoextractfeatureforpassivesonartargetreco

4、gnition.Keywords：cochleamodel;passivelongwavemodel;navyvessel'snoise;featureabstract；passivesonar;underwatertargetrecognition;auditoryperception引言收稿日期：xxxx-xx-xx修回日期：xxxx-xx-xx基金项目：国防预研基金，51303060403-01；新世纪优秀人才支持计划NCET。作者简介：谢骏(1976-),男,安徽颍上,汉,博士在读,讲师,研究方向为声纳环境效应仿真、水下目标特性分析。被动声纳目标识别问题是水声信号处

5、理领域的突出难题之一。被动声纳目标识别研究对象通常是舰船噪声信号序列，它被认为是局部平稳的宽带随机过程，主要由螺旋桨噪声、机械噪声和水动力噪声组成。舰船噪声信号产生机理的研究取得了一些成果[1]~[4]，对特征提取和分类器设计有一定指导意义。更多的研究集中在对舰船噪声信号的分析方面，主要包括时域、频域和时频联合域，其中基于LOFAR和DEMON的频域分析技术在国内外识别系统中得到了广泛应用[5]~[9]。近年来，一些现代信号处理技术被引入目标识别领域，一方面用于改进LOFAR和DMEON分析，另一方面主要是针对舰船噪声非线性特性的分析。当前，水下目标识别领域具有稳健性和明确

6、物理意义的特征很缺乏，除了转速特征外，提取声纳员使用的听觉特征是一个值得研究的问题。随着听觉科学的发展，听觉生理和听觉心理研究取得了大量的成果，在语音识别领域中得到了广泛的应用[10]。将听觉科学的研究成果应用到对舰船噪声信号中，分析声纳员听觉分类时频幅特征，对提高被动声纳目标识别系统的性能意义重大。1耳蜗模型原理人耳是优良的声信号分析处理器。人耳外周器官主要可分为外耳、中耳、内耳三个部份，连同各级听觉中枢，构成了人类的听觉系统。其中外周器官是一个复杂的生物力学系统，并在内耳转化成一个复杂的生物电子器官。在对人耳感声机理的研究中，通常认为声波到达内耳前的部分是个简单的线性滤

7、波器，内耳的耳蜗是重要的声音的感知器官，它能完成能量转换功能，产生能被中枢神经系统所接受和处理的生物电脉冲序列，同时它也具有很强的信号处理能力，能将声信号的频率、强度、瞬时特征等重要信息编码听神经生物电序列的时间—空间分布之中。有关人耳感声机理的学说是建立在耳蜗解剖学基础上的，比较著名的有Helmholtz的听觉部位共振学说、Rutherford的频率学说和Békèsy的行波理论等。Békèsy对耳蜗基底膜振动的直接观察和其行波理论的提出，成为耳蜗频率分析器基础理论的重要依据。行波理论指出特定频率的声音会引起耳蜗底