矢量水听器自适应线谱增强应用研究.pdf

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1、第30卷第3期2011年9月海洋技术OCEANTECHNOLOGYV01．30，No．3Sep，2011矢量水听器自适应线谱增强应用研究何希盈L2，李成新1，张磊3，曾永钢1，岳德俊1(1．中国人民解放军91004部队，辽宁大连116031；2．海军指挥学院信息系，江苏南京211800；3．北海舰队司令部，山东青岛266001)摘要：矢量水听器可以同步、共点测量声场的声压与振速信息。为了有效利用声压和振速的相关性。设计了双输入端自适应线谱增强器，并利用自适应线谱增强对实测的噪声数据进行了处理。结果表

2、明，线谱增强器在双输入端分别输入声压与振速信号时比在单输入端输入声压时，对背景噪声有更好的抑制作用，输出的线谱亦更加明显。关键词：矢量水听器；舰船辐射噪声；自适应线谱增强中图分类号：TN911文献标志码：A文章编号：1003—2029(2011)03—0068—04矢量水听器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器构成，它可以同步、共点、直接测量声场空间一点处的声压和质点振速的若干正交分量。这些信息都有助于改善水声系统的性能．为解决一些水声问题提供了新的思路和方法。针对矢量水听器，文献

3、[1】提出了自适应频域相干干扰合成能量流抑制方法，文献【2】指出声能流检测器是最大似然检测器和最大似然方位估计器。文献【3】利用自适应谱线增强技术对舰船辐射噪声线谱进行了研究。对有限尺度的声源辐射的声场，声压和振速是完全相关的；而对于各向同性噪声场的声压与振速是不相关的。在远场。舰船辐射噪声的声压和振速可以认为是相关的。而环境噪声场可近似认为成各向同性噪声场．这是声压与振速联合信号处理抗干扰的基础。利用实测的船舶噪声。本文对自适应线谱增强器在单输入端为声压信号、双输入端为声压和振速信号时的性能进行了

4、分析研究。1自适应谱线增强原理自适应谱线增强器(简称ALE)最早是Widrow等人提出。目前．基于自适应线性组合器的自适应谱线增强器已广泛应用于频谱估算、谱线估计以及窄带检测等领域。在窄带信号加上宽带信号的情况下。用白适应谱线增强方法无需独立的参考信号就能将信号分离出来。ALE的主要功能是从宽带噪声中分离出窄带信号．它实际上是自适应抵消器的典型应用。其原理框图如图1。收稿日期：2010—12—20基金项目：国家部委基金资助项目(4010709010201)作者简介：何希盈(1978一)，男，博士，工

5、程师，主要研究方向为军用目标特性。图l自适应线谱增强器原理框图如图1所示，ALE的核心部分是一个自适应噪声抵消器。设输入x(k)是由单频正弦信号s(k)和噪声n(k)组成，将输入x(k)延时△后作为抵消器的参考输入。只要适当地选取延时△，使处理器上下两个通道的噪声去相关。而单频信号由于其周期性仍具有很好的相关性。自适应滤波器通过形成一个中心频率为单频正弦频率的窄带滤波器．使得延时通道输入中的噪声分量被抑制，而正弦信号分量被增强，即所谓的“自适应线谱增强”；从而在求差过程中使直接输入通道与y(k)中的

6、信号分量相抵消，输出的残差噪声功率最小。实际中一般采用LMS运算的横向滤波器作为自适应滤波器，自适应线谱增强器的基本计算公式为：y(k)=2：工(七一△一f)wf(七)(1)f￡(后)=_)c(七)一y(k)(2)wf(七)=w(七一1)+／m(k)x(k一△一f)(3)wf(0)=0(4)第3期何希盈。等：矢量水听器自适应线谱增强应用研究式中：p为自适应迭代步长。2实船辐射噪声线谱检测2．1实船噪声的采集在汉江的太平码头附近。利用压差式的矢量水听器，通过自制的矢量声信号采集系统对过往的船只进行了实

7、测。测量时，实验船锚泊在该段河流的中间，将矢量水听器固定于船尾的一侧，入水下约1rtl。实验地点如图2所示。矢量声信号采集系统由模拟处理板、数字处理板、磁罗经、电源组成，原理框图如图3所示。实验时，数据的采样频率为9．92k，并被记录在CF卡上。码头图2实验地点示意图图3矢量声信号采集系统原理框图2．2实船噪声线谱的检测压差式矢量水听器输出信号包括：声压信号P、水平方向上两个正交的振速信号巩和口，。在后续处理的过程中发现，振速信号巩由于前放的原因，实船噪声采集的不成功，故没有用这路信号。被测船经过矢

8、量水听器正横时前后共计1008的噪声数据，如图4、图5所示。取实船噪声信号P和巩中第60s的数据为样本，该样本数据有9920个点。用Welch法对这组数据的声压及振速信号样本进行F兀’变换。在数据处理时．选取Hamming窗的长度为1024点，并且将512个样本数据重叠。得出0～4．96kHz的功率谱分布，如图6、图7所示。由图上可以发现在225Hz有明显的线谱存在。运用自适应线谱增强器对这组声压信号进行数据处理，以便从辐射噪声中提取线谱，所得结果的频谱如图8所示。从