Page 293 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 郑援等： 船舶辐射噪声信号仿真及评价 753

2.2 连续谱仿真度评价 2.5 总体仿真度评价
由于连续谱仿真中使用了 FIR 滤波器，因而该 在对船舶辐射噪声仿真信号分别进行听觉、连
滤波器的设计参数可以作为量化连续谱特征、进行 续谱、线谱和调制谱的仿真度评价后，对上述评价
仿真度评价的指标 [2] 。即：对最终的船舶辐射噪声 值进行加权相加，即可得到船舶辐射噪声仿真信号
仿真信号进行连续谱估计，依据该连续谱进行 FIR 总体仿真度的综合评价值。
滤波器设计，然后计算该滤波器的设计参数与实测
3 试验及数据分析
信号的 FIR滤波器设计参数之间的相似度。因为滤
波器设计参数的量纲是统一的，相似度计算时可以 为了检验所给出船舶辐射噪声信号仿真及仿
直接使用夹角余弦法 [14] 进行向量计算，得到仿真 真度评价方法的实际效能，利用近场实测船舶辐射
信号与实测信号之间连续谱仿真度的评价值。 噪声信号进行数据试验，下面给出一个试验结果。
由于这样得到的连续谱仿真度评价值通常较
3.1 船舶辐射噪声重构仿真结果
高，为便于将其计入总体仿真度，需要对其进行一次
图 1∼ 图 4 依次给出一个船舶辐射噪声近场实
数值变换，即设定一个数值变换界限值w，将[0 w 1]
测信号及其重构仿真信号的时域图、连续谱图、调
折线变换到[0 0.5 1]。
制谱图和线谱图。
2.3 调制谱仿真度评价 从图 1 来看，仿真信号的时域采样在视觉上节

在针对调制谱的数据分析中，通常认为强度最 拍更为清晰，调制深度更大。而实际上，在进行信号
高的谱线、轴频和叶频及其谐波谱线等是其重要的 的重构仿真时，调制深度是根据人耳的听觉感受进
调制谱特征 [15−16] ，因此，在对船舶辐射噪声仿真信 行调整的。如进一步降低调制深度，仿真信号的时
号的调制谱进行仿真度评价时，可以选择易于算法 域采样在视觉上将更接近实测信号，但在人耳听觉
提取的调制谱特征谱线总数、强度最大特征谱线的 上节拍清晰度的感受反而下降了。
频率、强度最大特征谱线与其相邻特征谱线之间的 图 2∼ 图 4 显示，仿真信号与实测信号的连续
谱、调制谱、线谱特征非常相近。
频率差作为评价使用的指标参数。通过计算仿真信
号与实测信号相似度的这 3 个指标参数，实现对仿 3.2 船舶辐射噪声仿真信号的仿真度评价
真信号调制谱仿真度的评价。 按照第 2 节给出的评价方法，对所重构的船舶
由于这 3 个指标参数的物理意义不同、量纲不 辐射噪声仿真信号进行仿真度评价，结果如下：
同，在进行调制谱仿真度评价时，首先对 3个指标参 (1) 听觉仿真度评价：设定谱质心、谱质心带宽
数分别采用最小值/最大值的方式转换为归一化的 指标的权值分别为 0.7、0.3，得到听觉仿真度的评价
分量相似度，然后通过加权相加的方式，得到调制谱 值为0.9320。
仿真度的评价值。 1.0
ॆʷӑࣨए 0
2.4 线谱仿真度评价 0.5

船舶辐射噪声信号的线谱数量较多，通常认为 -0.5
-1.0
幅值较大的线谱分量反映噪声的主要特征 [17] 。因 0 0.5 1.0 1.5 2.0
௑۫᧔ನག/T10 4
此，在对船舶辐射噪声仿真信号的线谱进行仿真度
(a) ࠄ฾
评价时，可以选择线谱的谱线总数、强度最大谱线
1.0
的频率和基于线谱功率的等效中心频率作为指标 0.5
参数。通过计算仿真信号与实测信号相似度的这 3 ॆʷӑࣨए 0
个指标参数，实现对仿真信号线谱仿真度的评价。 -0.5
与调制谱仿真度评价相似，为了解决 3 个指标 -1.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0
参数物理意义不同、量纲不同的问题，也需要先对 ௑۫᧔ನག/T10 4
(b) ͌ᄾ
各指标分别进行最小值/最大值变换求取分量相似
度，然后通过加权相加的方式，得到线谱仿真度的评 图 1 实测与仿真信号的时域采样
价值。 Fig. 1 Signal samples of measured and simulated
ship radiated noises