[发明专利]基于可控滤波器组的舰船噪声功率谱分析电路及其方法

说明书

本发明公开了基于可控滤波器组的舰船噪声功率谱分析电路及其方法，有效提高了信号功率谱分析的精细程度和实时性。本发明的技术方案为：基于可控滤波器组的舰船噪声功率谱分析电路，其特征在于，包括在舰船噪声能量集中的频段上并行设置的一系列滤波器和平方积分检波器的串联组合、以及一个数字信号处理器，其中所有平方积分检波器的输出端均连接至数字信号处理器的输入端。其中各通道滤波器的通带和中心频率由外部时钟频率控制，可以按照预先设定的顺序依次扫描舰船辐射噪声的各个频段，由于舰船辐射噪声信号功率谱有一定的时间稳定性。

技术领域

本发明属于舰船噪声分析技术领域，具体涉及基于可控滤波器组的舰船噪声功率谱分析电路及其方法。

背景技术

舰艇辐射噪声功率谱一般由两种成分组成。一种是宽带噪声，主要来源于螺旋桨附近海水的空化过程，频率从零附近连续地延伸到几十千赫以上；另一种是极窄的线状谱，主要集中在1千赫以下的低频段。在舰艇辐射噪声信号功率谱分析中，线谱尤其受到重视，其主要是由于舰艇机械部件的往复运动和螺旋桨叶片的周期性击水以及叶片共振产生的。不仅舰艇辐射噪声功率谱特有的集中而稳定的能量可用来提高检测性能，而且舰艇辐射噪声功率谱本身携带的频率信息，可以用于目标参数估计与类型识别。实测统计数据表明，舰艇辐射噪声信号线谱强度与附近连续谱1赫兹内含有的功率相比，有的可超出10～25dB，而稳定时间达到10分钟以上。因此，在感兴趣的频段上并列的设置一系列密接的滤波器-平方器-积分器，则其输出将给出输入信号功率谱在一系列频率(各窄带滤波器中心频率)上取值的估计，这种分析方法在水声工程领域称为滤波器组法，所用滤波器组可以是数字滤波器也可以是模拟滤波器。

常规的基于数字滤波器组的舰船辐射噪声功率谱分析方法，涉及到大规模的数值运算，对数字电路硬件平台的要求较高，运算结果的实时性受到硬件平台运算速度的限制；常规的模拟滤波器法，虽然响应的实时性较好，但受到系统电路规模的限制，其中窄带滤波器的个数毕竟有限，滤波器组的排列密集程度直接限制了信号功率谱分析的精细度。因此，对于电路规模、功耗等各项指标都有要求的小型自持式系统而言，目前常规的、单纯的数字或模拟滤波器组用于舰船辐射噪声功率谱分析，都难以兼顾分析结果的实时性与精细度。

针对以上问题，由于舰艇辐射噪声功率谱在一定时间段内是相对稳定的，因此可以先将舰艇辐射噪声信号功率谱分析的时间历程划分为若干个子工作周期，所有子工作周期的长度相加起来要小于舰艇辐射噪声功率谱的稳定时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于可控滤波器组的舰船噪声功率谱分析电路及其方法，有效提高了信号功率谱分析的精细程度和实时性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：基于可控滤波器组的舰船噪声功率谱分析电路，其特征在于，包括在舰船噪声能量集中的频段上并行设置的一系列滤波器和平方积分检波器的串联组合、以及一个数字信号处理器，其中所有平方积分检波器的输出端均连接至数字信号处理器的输入端。

将舰艇噪声信号功率谱分析的时间历程划分为多个子工作周期，所有子工作周期的相加起来长度小于舰艇噪声功率谱的稳定时间。

在一个子工作周期规定的时间段内，各滤波器的中心频率按照1/3倍频程的间隔密集排列，构成分析频段，舰艇噪声信号经过开关电容滤波器组后，被分离为若干个窄带信号，经平方积分检波器处理后，得到舰艇辐射噪声信号在该分析频段内的估计值，发至数字信号处理器，获得当前子工作周期的分析结果，直至所有的子工作周期分析完成，通过将每个子工作周期获得的分析结果拼接，得到完整的舰船噪声功率谱的分析结果。

进一步地，滤波器为开关电容滤波器。

进一步地，在下一个子工作周期内，通过对各开关电容滤波器输入时钟频率改变开关电容滤波器的中心频率，使其与上一个子工作周期的分析频段相衔接。

有益效果：