[发明专利]一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法

说明书

本发明提供了一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法，利用传感器获取噪声信号并记录，对记录的信号进行滤波预处理，代入待定参数，通过Doppler‑CT方法得到信号的时频分布，从时频分布中提取瞬时频率变化曲线，基于最小二乘准则得到待定参数估计值，不断迭代，直至Doppler‑CT迭代收敛，即可得到准确的速度估计值。本发明的有益效果是在拟合多普勒效应导致的瞬时频率变化曲线时，相比PCT一般需要估计多达10个多项式系数，本发明仅需要估计速度等4个参数，因而有效地提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及信号处理和联合时频分析领域，尤其是一种利用时频分析方法实现运动噪声源的速度估计方法。

背景技术

汽车、飞机等一类运动目标都可以看成是辐射噪声源，当其相对于接收系统运动时，接收系统输出信号的幅度和频率会因多普勒效应产生相应的变化，这种多普勒现象是被动声学测速方法的依据。通常这类噪声源的辐射噪声功率谱由宽带连续谱与呈谐波相关的的多条线谱构成，其中线谱成分能量更强因而更易于检测。当目标保持匀速直线运动经过固定于某点的接收传感器时，利用联合时频分析方法从接收信号中提取出线谱的瞬时频率变化曲线后，可据此对运动声源的速度做出估计。

Ferguson首先根据多普勒效应建立匀速直线运动条件下目标线谱瞬时频率与速度等参数之间的关系(本发明后续简称为频移模型)，然后通过短时傅里叶变换(ShortTime Fourier Transform,STFT)从接收信号中提取出瞬时频率变化曲线，最后结合频移模型估计速度等参数。基于这种方法，Ferguson成功地估计出了匀速直线运动飞机的飞行速度(Ferguson B G,Quinn B G.Application of the short-time Fourier transform andthe Wigner–Ville distribution to the acoustic localization of aircraft[J].Journal of the Acoustical Society of America,1994,96(2):821-827.)。上述方法中，获取准确的瞬时频率变化曲线是精确估计速度的关键。STFT由于时频聚集度较低，提取的瞬时频率变化曲线精度有限，影响速度估计的性能。徐灵基等人提出使用时频聚集度更优的PCT(Polynomial Chirplet Transform)方法提取瞬时频率变化曲线，在实测数据的对比分析中发现利用PCT方法较利用STFT方法获得了更精确的速度估计结果(Xu L,Yang Y,Yu S.Analysis of moving source characteristics using polynomial chirplettransform[J].Journal of the Acoustical Society of America,2015,137(4):EL320-EL326.)。但是PCT方法的计算过程耗时较长。在PCT方法中，使用多项式拟合目标线谱瞬时频率变化曲线。为获得较好的拟合效果，多项式阶数一般需要取为10阶左右，即需要估计相同个数的多项式系数，计算较为复杂，这是导致基于PCT估计运动噪声源速度的方法计算效率低下的主要原因。本发明使用频移模型拟合瞬时频率变化曲线，仅需要估计速度等4个参数，因而有效地提高了计算效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用新的时频分析方法——多普勒调频小波变换(Doppler Chirplet Transform,Doppler-CT)来提取瞬时频率变化曲线，并实现声源速度的估计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案具体包括以下步骤：

步骤1：利用传感器获取噪声信号并记录；

固定接收传感器，目标保持匀速直线运动经过传感器，传感器持续接收目标的辐射噪声并转换成电信号，电信号经过滤波放大后用数据采集仪器记录，记为s_r(t)；

步骤2：对记录的信号s_r(t)进行滤波预处理