2008年 第33卷 第3期
2008, 33(3): 193-196.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.011
摘要：
在理想情况下高斯噪声背景下高斯信号的最佳检测问题已受到很多关注,它是被动声呐采用能量检测的理论基础之一。但是理论与实验都已证明,舰船辐射噪声中存在着单频信号分量。在小信噪比下,单频信号的检测必须采用有别于宽带能量检测的方法。本文讨论在小信噪比下检测单频信号分量的几种不同的理论方法,包括自相关检测、FFT分析、自适应线谱增强等,计算了它们的增益。指出分段FFT检测具有明显的优势,对可能出现的单频信号分量的频率漂移具有较好的宽容性。
在理想情况下高斯噪声背景下高斯信号的最佳检测问题已受到很多关注,它是被动声呐采用能量检测的理论基础之一。但是理论与实验都已证明,舰船辐射噪声中存在着单频信号分量。在小信噪比下,单频信号的检测必须采用有别于宽带能量检测的方法。本文讨论在小信噪比下检测单频信号分量的几种不同的理论方法,包括自相关检测、FFT分析、自适应线谱增强等,计算了它们的增益。指出分段FFT检测具有明显的优势,对可能出现的单频信号分量的频率漂移具有较好的宽容性。
2008, 33(3): 197-204.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.012
摘要：
提出了一种基于信号相位匹配原理的平面阵方位估计的奇异值分解(SVDSPM)算法。推导了方位搜索需要的时延计算的一般公式,仿真分析了几种典型平面阵的方位估计性能,仿真结果表明:SVDSPM方位估计算法的性能优于MUSIC算法;理论分析了目标距离、传声器位置误差和接收通道幅度和相位不一致性等对定向性能的影响;以十字平面阵为例,仿真分析了上述几种因素对方位估计精度的影响,仿真结果表明:当传感器安装误差小于10 mm,接收通道幅度不一致性小于1.5 dB,接收通道相位不一致性小于10°和目标初始俯仰角大于45°时,方位估计的标准差小于0.5°。
提出了一种基于信号相位匹配原理的平面阵方位估计的奇异值分解(SVDSPM)算法。推导了方位搜索需要的时延计算的一般公式,仿真分析了几种典型平面阵的方位估计性能,仿真结果表明:SVDSPM方位估计算法的性能优于MUSIC算法;理论分析了目标距离、传声器位置误差和接收通道幅度和相位不一致性等对定向性能的影响;以十字平面阵为例,仿真分析了上述几种因素对方位估计精度的影响,仿真结果表明:当传感器安装误差小于10 mm,接收通道幅度不一致性小于1.5 dB,接收通道相位不一致性小于10°和目标初始俯仰角大于45°时,方位估计的标准差小于0.5°。
2008, 33(3): 205-211.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.004
摘要：
讨论了一种不确实海洋环境下贝叶斯匹配场处理方法。该方法在不确实环境下匹配场处理时,对不确实知识进行建模,同时,充分利用阵接收的空时数据,找到了匹配场处理时一种结合模基和数据驱动的机制。经理论推导、仿真分析以及实验海试数据验证,结果表明:(1)最小方差无偏响应(MVDR)、Bartlett等匹配场处理器是贝叶斯处理器的基本单元;(2)贝叶斯匹配场处理是对应的MVDR匹配场处理、Bartlett匹配场处理器等匹配场处理方法的后验概率加权和;(3)不确实海洋环境下,贝叶斯方法比对应的MVDR处理器和Bartlett处理器能更准确地对目标进行定位;(4)贝叶斯方法能较有效地抑制旁瓣。
讨论了一种不确实海洋环境下贝叶斯匹配场处理方法。该方法在不确实环境下匹配场处理时,对不确实知识进行建模,同时,充分利用阵接收的空时数据,找到了匹配场处理时一种结合模基和数据驱动的机制。经理论推导、仿真分析以及实验海试数据验证,结果表明:(1)最小方差无偏响应(MVDR)、Bartlett等匹配场处理器是贝叶斯处理器的基本单元;(2)贝叶斯匹配场处理是对应的MVDR匹配场处理、Bartlett匹配场处理器等匹配场处理方法的后验概率加权和;(3)不确实海洋环境下,贝叶斯方法比对应的MVDR处理器和Bartlett处理器能更准确地对目标进行定位;(4)贝叶斯方法能较有效地抑制旁瓣。
2008, 33(3): 212-219.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.005
摘要：
分析处理黄海锋面和内波声学实验(AEYFI05:Acoustics Experiment of Yellow sea Oceanic Front and Internal Waves 2005)数据发现:1号声简正波传播时延起伏存在10~50 min,幅度2~10 ms的“高频相干”成分。对比简正波传播时延起伏量与接收船位置等温线起伏量发现:两者的高频起伏部分存在明显的延时对应关系。根据实验地形数据,本文给出了传播途径中的地形胁迫激发内波导致声传播时延起伏的物理假设,合理地解释了两者的高频起伏部分存在明显的延时对应关系。
分析处理黄海锋面和内波声学实验(AEYFI05:Acoustics Experiment of Yellow sea Oceanic Front and Internal Waves 2005)数据发现:1号声简正波传播时延起伏存在10~50 min,幅度2~10 ms的“高频相干”成分。对比简正波传播时延起伏量与接收船位置等温线起伏量发现:两者的高频起伏部分存在明显的延时对应关系。根据实验地形数据,本文给出了传播途径中的地形胁迫激发内波导致声传播时延起伏的物理假设,合理地解释了两者的高频起伏部分存在明显的延时对应关系。
2008, 33(3): 220-225.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.006
摘要：
研究了有限长圆柱壳覆盖多层柔性材料的声辐射特性。根据相邻柔性层界面上的边界条件推导了柔性层系的传递矩阵,结合薄壳理论和声波动方程建立了分析覆盖多柔性层后圆柱壳声辐射的理论模型。通过数值计算表明,减小柔性层的声速或者密度均能增加辐射声功率降低量,而采用多柔性层结构能比相应的单层均匀柔性材料获得更好的降噪效果。
研究了有限长圆柱壳覆盖多层柔性材料的声辐射特性。根据相邻柔性层界面上的边界条件推导了柔性层系的传递矩阵,结合薄壳理论和声波动方程建立了分析覆盖多柔性层后圆柱壳声辐射的理论模型。通过数值计算表明,减小柔性层的声速或者密度均能增加辐射声功率降低量,而采用多柔性层结构能比相应的单层均匀柔性材料获得更好的降噪效果。
2008, 33(3): 226-230.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.007
摘要：
提出一种基于表面振速预报辐射声场的近似方法——单元辐射叠加法。研究表明,声传递向量中的每项元素等于对应单元以单位速度振动、其它单元振速都为零时的辐射声压,即刚性障板上活塞面以单位速度振动时的辐射声压。在此基础上,利用刚性障板上单位速度振动活塞面的辐射声压直接建立表面振速与辐射声压之间的传递关系,根据这个传递关系对表面振速进行加权、求和便得到总的辐射声压。计算时采用规则形状障板面去拟合实际障板面,以规则形状障板上振动活塞面的辐射声压去近似实际障板上振动活塞面的辐射声压。相对于边界元方法,该方法在计算速度与存储空间上具有很大的优势。计算表明该近似方法是合理的、可行的。
提出一种基于表面振速预报辐射声场的近似方法——单元辐射叠加法。研究表明,声传递向量中的每项元素等于对应单元以单位速度振动、其它单元振速都为零时的辐射声压,即刚性障板上活塞面以单位速度振动时的辐射声压。在此基础上,利用刚性障板上单位速度振动活塞面的辐射声压直接建立表面振速与辐射声压之间的传递关系,根据这个传递关系对表面振速进行加权、求和便得到总的辐射声压。计算时采用规则形状障板面去拟合实际障板面,以规则形状障板上振动活塞面的辐射声压去近似实际障板上振动活塞面的辐射声压。相对于边界元方法,该方法在计算速度与存储空间上具有很大的优势。计算表明该近似方法是合理的、可行的。
2008, 33(3): 231-237.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.008
摘要：
循环平稳声场是工程中经常遇到的一种特殊非平稳声场,声压信号受到调制作用,导致频谱出现边带现象,经典的近场声全息技术重建得到的声场无法反映声场的调制特性。在平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种边界元法的循环平稳近场声全息技术,用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的循环谱密度取代其频谱及功率谱密度作为重建量,可用于循环平稳声场中具有复杂表面声源的辐射声场。由于循环谱密度对循环平稳信号具有解调功能,用该方法重建得到的循环谱密度能有效地反映调制和载波信号的信息。仿真分析与实验表明了本理论的有效性和精度能满足工程要求。
循环平稳声场是工程中经常遇到的一种特殊非平稳声场,声压信号受到调制作用,导致频谱出现边带现象,经典的近场声全息技术重建得到的声场无法反映声场的调制特性。在平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种边界元法的循环平稳近场声全息技术,用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的循环谱密度取代其频谱及功率谱密度作为重建量,可用于循环平稳声场中具有复杂表面声源的辐射声场。由于循环谱密度对循环平稳信号具有解调功能,用该方法重建得到的循环谱密度能有效地反映调制和载波信号的信息。仿真分析与实验表明了本理论的有效性和精度能满足工程要求。
2008, 33(3): 238-243.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.009
摘要：
语音识别系统在面对实际环境中多变的加性噪声和信道差异的影响时性能急剧下降,抑制这些噪声和差异所造成的性能下降具有重要意义。作者提出了一种模型补偿算法,使用句子中的非语音段估计加性噪声,然后利用EM算法估计信道函数,从而在倒谱域上对失配的声学模型进行联合补偿。实验表明,相比基线系统,采用该算法的系统的平均性能相对提升幅度超过50%。算法可以动态跟踪环境的变化,性能表现优于一些传统的语音识别稳健性处理算法。
语音识别系统在面对实际环境中多变的加性噪声和信道差异的影响时性能急剧下降,抑制这些噪声和差异所造成的性能下降具有重要意义。作者提出了一种模型补偿算法,使用句子中的非语音段估计加性噪声,然后利用EM算法估计信道函数,从而在倒谱域上对失配的声学模型进行联合补偿。实验表明,相比基线系统,采用该算法的系统的平均性能相对提升幅度超过50%。算法可以动态跟踪环境的变化,性能表现优于一些传统的语音识别稳健性处理算法。
2008, 33(3): 244-251.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.015
摘要：
分析了理想情况下离散余弦变换域中语音信号增益,先验信噪比及后验信噪比之间的关系,用实际数据获得了各种信噪比下增益范围的统计特性。基于语音呈Laplace分布、噪声呈Gauss分布的模型,推导了具有相位特性的增益及先验信噪比的估计公式,通过合理性分析得到了简化的相位判别准则。实验结果表明,在高斯白噪声和F16飞机噪声情况下,简化的相位判别可使低信噪比下的语音增强系统的性能得到较大的改善。
分析了理想情况下离散余弦变换域中语音信号增益,先验信噪比及后验信噪比之间的关系,用实际数据获得了各种信噪比下增益范围的统计特性。基于语音呈Laplace分布、噪声呈Gauss分布的模型,推导了具有相位特性的增益及先验信噪比的估计公式,通过合理性分析得到了简化的相位判别准则。实验结果表明,在高斯白噪声和F16飞机噪声情况下,简化的相位判别可使低信噪比下的语音增强系统的性能得到较大的改善。
2008, 33(3): 252-261.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.010
摘要：
将超声导波的非线性视为线性波动响应的一个二阶微扰,采用二阶微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上研究了各向异性固体板中超声导波的二次谐波发生效应,给出了超声导波二次谐波声场的一般形式解。板材的各向异性可从多个方面对二次谐波发生效应产生影响,尤其是板材各向异性引起的导波模式相速度的改变,可显著地影响到构成导波二次谐波声场的二倍频导波模式随传播距离的积累增长程度。根据理论分析和数值计算结果可知,在不同传播方向上超声导波的非线性效应存在较显著的差异,伴随基频导波模式的传播所发生的二次谐波对固体板材的各向异性表现出更为敏感的性质,这一结果可为准确定征板材的弹性各向异性提供一种理论依据。
将超声导波的非线性视为线性波动响应的一个二阶微扰,采用二阶微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上研究了各向异性固体板中超声导波的二次谐波发生效应,给出了超声导波二次谐波声场的一般形式解。板材的各向异性可从多个方面对二次谐波发生效应产生影响,尤其是板材各向异性引起的导波模式相速度的改变,可显著地影响到构成导波二次谐波声场的二倍频导波模式随传播距离的积累增长程度。根据理论分析和数值计算结果可知,在不同传播方向上超声导波的非线性效应存在较显著的差异,伴随基频导波模式的传播所发生的二次谐波对固体板材的各向异性表现出更为敏感的性质,这一结果可为准确定征板材的弹性各向异性提供一种理论依据。
2008, 33(3): 262-267.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.014
摘要：
为了消除由超声频率下移所引起的血流速度估计精度的下降,提出了一种基于回波频率跟踪的正交解调方法。首先建立了回波中心频率随深度下移的线性模型;然后使用传统I/Q(Inphase/Quadrature)解调方法得到有偏的基带信号,采用自相关方法沿深度方向分段估计中心频率的下移量,并利用估计出的这些值对所建立的线性模型进行拟合;最后利用拟合后的模型来实时跟踪回波的中心频率,并将其作为参考频率再进行I/Q解调。仿真和试验结果表明,基于回波频率跟踪的正交解调方法能够得到近似无偏的基带信号,提高血流速度估计的准确度和精度,改善彩色超声血流成像的质量。
为了消除由超声频率下移所引起的血流速度估计精度的下降,提出了一种基于回波频率跟踪的正交解调方法。首先建立了回波中心频率随深度下移的线性模型;然后使用传统I/Q(Inphase/Quadrature)解调方法得到有偏的基带信号,采用自相关方法沿深度方向分段估计中心频率的下移量,并利用估计出的这些值对所建立的线性模型进行拟合;最后利用拟合后的模型来实时跟踪回波的中心频率,并将其作为参考频率再进行I/Q解调。仿真和试验结果表明,基于回波频率跟踪的正交解调方法能够得到近似无偏的基带信号,提高血流速度估计的准确度和精度,改善彩色超声血流成像的质量。
2008, 33(3): 268-274.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.002
摘要：
利用球面波的平面波展开形式,推导了自由场中点声源入射下无限大平板的隔声公式,研究了其隔声性能。数值模拟结果表明,点声源入射下平板隔声规律不同于通常采用的平面波入射条件下的质量隔声定律。在频率较低或板厚度较薄时,频率或板面密度增加一倍,平板隔声量的增加约为3 dB,而插入损失的增加约为6 dB。
利用球面波的平面波展开形式,推导了自由场中点声源入射下无限大平板的隔声公式,研究了其隔声性能。数值模拟结果表明,点声源入射下平板隔声规律不同于通常采用的平面波入射条件下的质量隔声定律。在频率较低或板厚度较薄时,频率或板面密度增加一倍,平板隔声量的增加约为3 dB,而插入损失的增加约为6 dB。
2008, 33(3): 275-282.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.013
摘要：
2006年3月-8月在天津市区以问卷调查方式就居民对环境噪声群体性反应进行了研究。问卷采用了国际噪声组织ICBEN(International Commission on Biological Effects of Noise)第6小组推荐使用的两个标准调查问题,同时在参与调查的居民区内18个测点进行了道路噪声暴露量的测量,建立了居民对道路噪声群体性反应关系曲线。在此基础上对居民现处的声环境及居民对噪声问题的态度和评价特点进行了分析:调查对象能清楚地认识到噪声对生活质量的影响,对所处的声环境均持否定的态度,特别是对工作和公共场所的声环境。调查对象认为道路噪声是现在和将来困扰他们的最主要的噪声源,对建筑施工噪声最反感。调查对象更看重私密空间的声质量,噪声的主观评价也随被干扰活动的重要程度不同而不同。
2006年3月-8月在天津市区以问卷调查方式就居民对环境噪声群体性反应进行了研究。问卷采用了国际噪声组织ICBEN(International Commission on Biological Effects of Noise)第6小组推荐使用的两个标准调查问题,同时在参与调查的居民区内18个测点进行了道路噪声暴露量的测量,建立了居民对道路噪声群体性反应关系曲线。在此基础上对居民现处的声环境及居民对噪声问题的态度和评价特点进行了分析:调查对象能清楚地认识到噪声对生活质量的影响,对所处的声环境均持否定的态度,特别是对工作和公共场所的声环境。调查对象认为道路噪声是现在和将来困扰他们的最主要的噪声源,对建筑施工噪声最反感。调查对象更看重私密空间的声质量,噪声的主观评价也随被干扰活动的重要程度不同而不同。
2008, 33(3): 283-287.
DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2008.03.003
摘要：
采用耳机虚拟声重发的方法,探讨了掩蔽信号和被掩蔽信号在水平面方向分离的情况下延迟时间对前向掩蔽效应的影响。结果表明,掩蔽阈值有随延迟时间增加而下降较多的总体趋势。而且,在水平面空间分离的情况下,掩蔽阈值存在差值,最大为15 dB左右。但在掩蔽声的声压级较大时(如70 dB),在延迟时间20~40 ms处出现掩蔽阈值差值的小幅度上升。通过对时间积分效应和基膜响应的分析,这一实验结果能得到合理的解释。
采用耳机虚拟声重发的方法,探讨了掩蔽信号和被掩蔽信号在水平面方向分离的情况下延迟时间对前向掩蔽效应的影响。结果表明,掩蔽阈值有随延迟时间增加而下降较多的总体趋势。而且,在水平面空间分离的情况下,掩蔽阈值存在差值,最大为15 dB左右。但在掩蔽声的声压级较大时(如70 dB),在延迟时间20~40 ms处出现掩蔽阈值差值的小幅度上升。通过对时间积分效应和基膜响应的分析,这一实验结果能得到合理的解释。
