含噪振动信号中早期碰摩的故障检测研究

 研究了在有噪环境下发动机转子系统早期碰摩故障的检测问题。利用最优参数搜索法改进了独立分量分析( ICA) 算法, 用于求解转子系统振动信号与噪声的盲分离问题。在此基础上, 对分离后的振动信号利用小波包分解进行早期碰摩信号的检测。结果显示最优搜索的ICA 算法运行效率高, 信号分离纯度好, 对振动信号有高效的降噪作用, 并利用小波包分解准确地检测出振动信号中的碰摩信息, 其效果优于小波分解法。信噪分离与小波包分解相结合有望用于工程实践中的早期碰摩故障检测和诊断。     

基于四阶累积量和小波降噪的干扰抑制算法

针对盲信号分离算法在低信噪比下分离效果较差的情况,提出了一种基于四阶累积量和小波降噪的含噪盲分离算法,并将该算法用于卫星通信干扰抑制。首先,利用基于四阶累积量的盲分离算法进行信扰盲分离;然后对分离出的已被噪声污染的通信信号进行小波降噪处理。最后,对提出的算法在单音干扰下进行了性能仿真。仿真结果表明,该算法不仅使抗噪性能提高了3dB左右,而且在低信噪比下对强单音干扰具有较好的抑制效果。     

客机发动机转子噪声主动控制研究

基于飞机结构的振动信号和舱内噪声信号,采用FXLMS(Filtered-x Least Mean Square)算法设计主动降噪系统对发动机转子引起的飞机客舱内噪声进行区域化降噪控制。首先对主动降噪技术的基本原理以及采用的算法进行了阐述和推导;然后对客舱中布置的麦克风及振动传感器采集到的舱内噪声和结构振动信号进行分析,依据分析结果计算出舱内空间的声场分布情况,并在噪声较大区域安装麦克风作为主动降噪系统的降噪目标。基于相干性原理,计算了飞机结构振动信号与舱内噪声信号之间的相干性,并依据计算结果选取相干性最高的一组振动信号作为主动降噪系统的参考输入信号。最后在客舱中安装若干扬声器作为次级声源,实际测试其到目标区域麦克风之间的误差通道,根据测试的误差通道传递函数并结合振动、噪声数据进行主动降噪仿真。仿真结果表明设计的主动降噪系统能够在目标区域取得明显的降噪效果。     

小波包变换对遥测速变数据噪声消除效果的改进

在介绍小波包定义和降噪声原理的基础上,提出了采用小波包变换降低噪声的方法。为验证该方法的有效性,将其用于某型导弹试验中所测遥测数据的降噪处理中,并与小波变换降噪效果进行比较。结果表明,小波包变换改进了遥测速变数据的消噪效果,是速变信号降噪一种更为有效的方法。     

基于小波和独立成分分析的去噪自适应算法

为了寻求一种能将不同类型和数量的噪声从图像中去除的方法,提出了一种能从图像源中将噪声与信号分离的改进的小波ICA滤波器。该方法首先使用小波降维,用Morlet小波来解决非正交问题;通过ICA规范化降维后的信号,从而发现独立噪声特征;再通过相关性将图像和噪声分离;最后,对图像进行还原,得到去噪后的图像。通过实验与主成分分析(PCA)方法、FastICA方法进行了对比,验证了该方法的有效性。结果显示,本研究提出的方法降噪效果较PCA方法和FastICA方法有大幅提高。同时,复杂度略有上升。     

基于循环统计量的直升机齿轮箱轴承故障早期检测

在分析齿轮箱振动信号的基础上,提出了基于循环统计量的轴承故障早期检测方法,阐述了表征故障的一维和二维循环平稳特征。该方法利用信号与噪声具有不同循环频率的特性实现了信噪分离,能够比较容易地从复杂背景中提取出微弱的特征信息。最后在某型直升机齿轮箱轴承故障的早期检测中进行了实验验证。结果表明,该方法优于功率谱和解调分析,能够提取故障的早期特征。     

基于小波和EMD的时频矩阵DEM降噪方法

针对强噪声背景下振动信号容易被非平稳强噪声干扰问题,提出了一种小波和EMD结合的时频矩阵DEM降噪方法,该方法拟解决小波变换对信号局部自适应性差的问题,同时增强EMD本征模态函数的选取和重构。通过该方法对仿真信号和实测振动信号降噪,结果表明:该方法能够有效提取强噪声背景下有效的振动信号,提高信噪比。这一方法为旋转机械在强噪声干扰运行环境下提取有效故障信息提供支持。     

基于CEEMDAN降噪与双谱分析的滚动轴承故障诊断

滚动轴承早期故障信号中的噪声成分会影响到故障特征的提取。为了提高含噪故障信号中滚动轴承早期故障特征提 取的准确性，将基于自适应噪声的完备经验模态分解（CEEMDAN）用于滚动轴承振动信号的降噪中，并对降噪后的轴承故障信号 进行双谱分析。结果表明：CEEMDAN可有效去除轴承振动信号中的低频噪声干扰，经CEEMDAN降噪后的不同轴承故障信号的 双谱全局图存在明显差异，根据这些差异可在宏观上对不同轴承故障加以区分；通过经CEEMDAN降噪后的不同轴承故障信号的 双谱细节图可以正确提取不同轴承故障的特征频率，从而实现对各轴承故障的有效诊断。CEEMDAN降噪结合双谱分析可为滚 动轴承故障诊断提供一种新的有效方法。     

小波分析在直接吸收谱信号分析中的应用

采用小波分析方法对直接吸收谱信号进行消噪处理,通过对信号的高、低频部分进行分离实现了噪声消除。采用这种方法对近红外波段的DFB(分布反馈)半导体激光器所发出并且经由气室吸收、数据采集等步骤产生的直接吸收信号进行噪声消除实验,清除了数据中的高频噪声。实验中的两种光谱信号经消噪处理后,反映了数据的光谱特性,有利于进行光谱数据的拟合处理;尤其将受到气流强烈干扰的信号去除了大幅值的噪声信号,使该信号反映气流的速度特性,并能进行后续的线型拟合工作。     

一种提高脉冲雷达多普勒相位精度的方法

针对低信噪比条件下脉冲雷达模糊多普勒相位精度较低,可能导致相位测距时不能正确解相位模糊问题,基于EMD（Empirical Mode Decomposition,经验模式分解）区间阈值去噪方法,提出了一种新的提高多普勒相位精度的方法：利用EMD分解后各层信号的频率特性和能量特性,选取合适的阈值,并对各层信号进行区间阈值化处理,在提高信号信噪比的同时保持了信号的连续性.分别在回波信号噪声为高斯白噪声和AR（2）相关噪声的情况下,以及不同信噪比条件下,对该方法进行验证.仿真结果表明：在低信噪比条件下,当回波信号噪声为白噪声和相关噪声时,EMD区间阈值去噪方法能将回波信号信噪比提高5 dB,去噪性能优于小波阈值去噪方法,其对应多普勒相位精度能提高1倍以上.     

烟火药水下燃烧的声辐射机理与实验研究（英文）

烟火药水下燃烧能够形成低频的水下声。法国烟火集团拉克鲁瓦防御公司研制出了一种＂烟火——声电＂声诱饵（1995）,但是至今还没有进行深入的研究与报道。本文就烟火药水下燃烧的声辐射机理进行了探讨。结果显示,其所辐射的噪声主要包括喷注噪声和气泡噪声,进一步的分析发现主要以气泡噪声为主,喷注湍流噪声为辅。为了证明此观点,实验研究了具有脉动燃烧效应的烟火药水下燃烧时的声辐射特性。     

使用电场传感器阵列的水下运动目标检测与参数估计

研究了基于电场传感器阵列的水下运动目标检测与参数估计方法。在背景噪声为高斯白噪声和目标作匀速直线运动的假设下,利用电场传感器阵列获取的船舶水下准静态电场空时特征,通过广义似然比检测和随机搜索寻优算法,可实现对海水中运动船舶的目标检测和参数估计。仿真试验结果表明:在信噪比大于0 dB时能够取得较好的估计精度;在信噪比低至10 dB时仍能有效检测目标。     

密集杂波背景下的水下多目标跟踪方法

水下多目标跟踪是水声信号处理领域研究的热点和难点问题。高斯混合概率假设密度（Gaussian mixture probability hypothesis density, GM-PHD）滤波器以其高效的计算效率为解决水下多目标跟踪问题提供了保证。然而，GM-PHD滤波器在跟踪目标时需要先验已知新生目标的强度，否则其性能会出现严重退化。针对该问题，提出一种滑动窗两步初始化高斯混合概率假设密度（sliding window two step initialization GM-PHD, SWTSI-GMPHD）滤波器。将提出的滑动窗两步初始化方法嵌入GM-PHD滤波器，利用滑动窗两步初始化方法估计新生目标强度，减少杂波干扰导致跟踪结果中出现的虚假目标。仿真实验表明，在杂波密集环境下，相较于其他跟踪方法，提出方法将跟踪精度提高69.84%，52.62%和41.05%。     

水下复杂环境下基于SINS/USBL/DVL多源信息融合的组合导航算法

针对复杂水下声场环境下高精度、长航时导航与定位的需求,构建了捷联惯性导航系统(SINS)/超短基线(USBL)相对测量信息的观测方程和SINS/声学多普勒测速仪(DVL)的观测方程,提出了一种融合SINS/USBL/DVL多源信息的组合定位算法.为解决声学量测信息不确定引起的导航性能下降的问题,充分考虑水声野值所导致的...     

基于超短基线声传感器阵的高速目标轨迹估计

针对低空高速飞行目标跟踪问题，首先研究了某典型目标噪声信号的时频特性，发现其信号呈现宽带低频特征，难以从频域对目标轨迹进行估计。在此基础上，从各路接收信号的到达时延量入手，考虑到声基阵只能布设于有限空间内的制约，提出了一种基于超短基线阵时延估计的目标跟踪方法。该方法利用各个超短基线阵接收声强极值点分别估计目标运动轨迹垂线方向，计算多个垂线的叉乘向量实现对目标运动方向的估计，再利用多面交汇的方式获估计得到目标运动轨迹。分别对目标俯仰角、方位角及运动轨迹估计的理论误差进行了推导，根据理论估计误差，为能够实现对目标运动轨迹的估计，各个超短基线阵应尽量保证与目标运动轨迹不在同一平面上。根据仿真结果，在采用4个传感器基阵时，角度估计平均误差在4°以内，位置估计相对误差在5%左右。仿真结果验证了该方法的有效性。     

压气机内部噪声特征与转子叶片声固耦合机理分析

航空发动机压气机转子叶片故障多由机械激励和气动激励造成，而高强声波对转子叶片的激振因素不容忽视。通过开展某型涡扇发动机压气机内部噪声测试试验，研究压气机转子叶片振动机理及其与噪声信号的对应关系。阐述了压气机内部旋转不稳定性非定常压力波作用机制，提出了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法，完成了某型涡扇发动机压气机内部噪声信号测试，对噪声信号进行了频谱分析和声传播特性分析。研究结果表明，某型涡扇发动机压气机内部噪声信号频谱呈现高峰值纯音分量1 402 Hz，并且该纯音分量与转子叶片通过频率呈现特定的频率组合关系。该纯音分量的噪声源在压气机内部沿发动机顺航向方向从后向前传播。利用旋转不稳定性理论，将声源频率在不同坐标系下进行转换，当噪声源周向模态数为13时，该纯音分量可调制出与高压一级转子叶片一阶振动频率相对应的激振频率。     

Performance of pulse-pair method of Doppler estimation

Because of its simplicity, the pulse-pair method is usually used in the estimation of Doppler from backscattered acoustic signals. In the literature, various improvements to the basic pulse-pair estimate have been proposed. The statistics of these improved methods have also been derived using simplified assumptions for the signal and noise. By developing a multiplicative noise model for the backscatter signal, in this work, the variance of the Doppler estimate is derived under all signal scenarios. The dependency of the variance on the amplitude correlation length of the data is also discussed. It is demonstrated that the use of parabolic window in the estimate is the proper method of Doppler evaluation under all conditions     

基于射线模型的水声传播衰减特性

介绍了水声信号传播射线模型的理论基础,给出了水声传播衰减详细的理论推导和数学分析过程;在射线模型的基础上分析了水声信号传播的过程,并根据数学模型,实现了传播过程在matlab下的仿真。根据不同的仿真条件得到了相关的传播损失分布图,并对结果进行了分析。     

An intelligent algorithm for coherent sound source localization based on a strong tracking filter

Background noise is inevitable when sensor arrays are used for aeroacoustic measurements in wind tunnels. The direct removal of background noise, however, would affect the measurement accuracy. In particular, the existing array signal processing algorithms are either invalid or inefficient for removing the noise that is coherent with the signal of interest. In this paper, an intelligent algorithm is developed to localize the coherent sound sources and background noise in real time by iteratively checking the collected data from the array. The proposed method can automatically adjust the suboptimal fading factor to extract useful information as much as possible in residual sequence. This algorithm is tested in simulations and then demonstrated in an experiment.Compared to the two existing methods, the results indicate that the new method has a good phase-shift tracking ability and rapid estimation-error convergence speed, and can achieve an acceptable performance even for low-cost acoustic sensors. Overall, the proposed method should assist array beamforming and hence benefit aeroacoustic measurement.