[发明专利]一种估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的方法

说明书

本发明公开了一种估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的方法，包括：(1)采集不同工况的螺旋桨噪声信号；(2)将噪声信号用循环平稳特征函数计算，得到循环密度谱；(3)将两种工况对应的循环密度谱进行点除，或采用最小二范数法，得到气泡传递函数的循环密度谱；(4)根据步骤(2)得到的循环密度谱，计算循环相干谱，构建对数坐标下的增强包络谱；(5)根据增强包络谱判断特征频率，对气泡传递函数的循环密度谱做特征频率对应的切片，得到气泡群传递函数；(6)根据气泡群传递函数，估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的大小。利用本发明，可以得到更加准确的传递函数，从而更好的分析气泡群隔离效果。

技术领域

本发明属于信号处理与特征提取领域，尤其是涉及一种估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的方法。

背景技术

水中透明的气泡具有易于形变、分裂、融合等特点，含气泡水体的声学特性也与纯水有着明显的差别。由于气泡群是水中的强散射体，它对透过的声波有很强的衰减和散射作用。水中气泡在共振时，对接近气泡共振频率上的声波衰减作用更加明显。但气泡群的传递函数特性很难用数学公式直接描述。因此，研究水中气泡群的声学特性具有极其重要的科学意义和应用前景。

一种近似的思路是，优先关心特征频率上的气泡传递函数，因此需要一种三维的分析工具，来同时体现特征频率和传递函数的连续特性，这时循环平稳成为了一个好的选择。

循环平稳信号处理是近来兴起的信号处理的一种新兴技术。循环平稳信号即信号中包含着隐藏的周期信息的信号。循环平稳信号是非平稳信号的一种，相比于传统检测方式，更接近实际信号，尤其是旋转机械产生的信号。

目前信号处理领域常用的旋转机械故障检测方法主要有傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换、第二代小波变换和多小波变换等，可以说都是基于内积原理的特征波形基函数信号分解，旨在灵活运用与特征波形相匹配的基函数去更好地处理信号，提取故障特征，从而实现故障诊断。

但是，现有技术中存在以下缺点和不足：傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换、第二代小波变换和多小波变换等故障检测的方法都建立在假设信号是平稳信号的基础上，而现实中往往是非平稳信号，从而这些检测方法都有不合理的地方，不合实际。同时，这些传统检测方法由于理论上的限制，很难检测到旋转机械的一些重要特征，如叶片通过频率BPF、叶片比频率BRF等，有很大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的方法，能将螺旋桨在气泡群下的声隔离效果的更多特征表现出来，得到的传递函数更加准确，对进一步的信号处理和气泡群声隔离效果的验证都具有现实的指导意义。

一种估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的方法，包括以下步骤：

(1)采集水下有气泡和无气泡两种工况的螺旋桨噪声信号；

(2)将采集的噪声信号导入程序，用循环平稳特征函数计算，得到两种工况的循环密度谱；

(3)将有气泡和无气泡工况中对应的循环密度谱进行点除，或采用最小二范数法，得到气泡传递函数的循环密度谱；

(4)根据步骤(2)得到的两种工况的循环密度谱，进行归一化后得到两种工况的循环相干谱，然后进一步构建对数坐标下的增强包络谱；

(5)根据得到的增强包络谱判断特征频率，并对气泡传递函数的循环密度谱做特征频率对应的切片，得到气泡群传递函数；

(6)根据得到的气泡群传递函数，估计气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的大小。

本发明的方法能将螺旋桨在气泡群下的声隔离效果的更多特征表现出来，得到的特征频率更加贴近螺旋桨噪声的本质，通过得到的气泡群传递函数，可以分析气泡群对螺旋桨声源特征频率抑制作用的大小。

步骤(2)中，所述的循环平稳特征函数为：