[发明专利]一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法

摘要

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。

主权项

1.一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法，其特征在于包括下述步骤：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sr(t)；步骤2：对记录的信号sr(t)进行滤波预处理根据STFT确定待分析谱线所在的频率范围，利用带通滤波器对信号sr(t)进行处理，滤除该频段范围以外的干扰，得到预处理之后的信号s(t)；步骤3：设定待定参数的初始值；初始待定参数中频率f00设定为步骤2中带通滤波的中心频率，速度v0、CPA时刻τc0和CPA距离Rc0根据先验知识设定为大于0的值，如无先验知识，设定为大于0的任意值；步骤4：代入待定参数，通过Doppler‑CT方法得到s(t)的时频分布；根据多普勒线性调频小波变换的定义式得到预处理后信号s(t)的时频分布，其中τ表示窗函数w_σ(t)的时移量，ω表示信号频率，w_σ(t)表示标准差为σ的高斯窗，是信号s(t)经旋转算子和频移算子处理后的信号，D＝(f₀,v,τ_c,R_c)代表迭代过程中不断更新的4个待定参数，f₀为谱线的真实频率，本来不随时间变化的恒定频率f₀在接收信号中表现为频率随时间由大变小，v为运动声源匀速直线运动的运动速度；声源运动轨迹中与传感器最接近的一点称为CPA，τ_c意为声源经过CPA的时刻，称为CPA时刻；R_c意为传感器与CPA的距离，称为CPA距离；步骤5：从时频分布中提取瞬时频率变化曲线；从步骤4得到的s(t)时频分布中提取谱峰，得到一组不同时刻下的谱峰频率，即瞬时频率变化曲线，考虑到信号的两端存在截断效应，选取Nw/2到N‑Nw/2之间的瞬时频率变化，其中，N表示离散信号长度，Nw表示加窗长度；步骤6：基于最小二乘准则得到待定参数估计值；基于最小二乘准则，利用频移模型拟合瞬时频率变化曲线，采用高斯牛顿迭代算法求解待定参数相，即求解D＝(f0,v,τc,Rc)中的四个参数，当高斯牛顿迭代收敛后得到待定参数的估计值；步骤7：将步骤6解出的待定参数估计值作为下一次迭代的待定参数，重复步骤4～步骤6，直至Doppler‑CT迭代收敛，收敛条件为：其中，δ为阈值，阈值取值范围为十万分之一到万分之一之间，即可得到准确的速度估计值。