一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109459745A(43)申请公布日2019.03.12(21)申请号201811264359.4(22)申请日2018.10.29(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人杨益新梁宁宁郭西京(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人金凤(51)Int.Cl.G01S11/14(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法(57)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。CN109459745ACN109459745A权利要求书1/1页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；000初始待定参数中频率f0设定为步骤2中带通滤波的中心频率，速度v、CPA时刻τc和CPA0距离Rc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wσ(t)的时移量，ω表示信号频率，wσ(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,τc,Rc)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，τc意为声源经过CPA的时刻，称为CPA时刻；Rc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。2CN109459745A说明书1/6页一种利用辐射噪声估计运动声源速度的方法技术领域[0001]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[0002]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。[0003]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(ShortTimeFourierTransform,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(