Page 76 - 《应用声学》2020年第3期
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动噪声。这类噪声频谱结构比较复杂多变，分布于
0 引言
1000 Hz以下的低频带。对于线谱信号仿真，其信号
舰艇辐射噪声仿真对水声装备研制以及水声 模型可以表示为
n
对抗技术发展都具有重要意义。关于舰艇辐射噪声 ∑
L(t) = A n sin(2πf n t + φ n ), (2)
仿真，国内外学者已经进行了许多研究 [1−2] 。以往
i=1
的模型针对舰艇辐射噪声基本上是将辐射噪声分 其中，a n 为相应分量幅值，f n 表示由叶片和机械两
为线谱、连续谱和调制谱分别建模。针对线谱和调 部分噪声频率分量组成，φ n 表示随机相位。
制谱建模往往以单频信号进行叠加，在幅度和相位
上进行随机处理，这样仿真的信号只能代表其特征 2 连续谱模拟
频率，且在听觉感受上与实际信号相差甚远 [3] 。近
年来，有不少文献讨论了将音色参量用以进行目标 连续谱分量是由连续的频率分量组成，因此可
识别，并取得了不错的成果 [4−6] 。在信号仿真领域， 以在时域上用一组平稳随机信号来进行模拟，将高
一般不对音色参数进行考虑，导致仿真信号在听觉 斯白噪声信号通过满足噪声频谱特性要求频率响
感受上与实际信号差别很大 [7] 。噪声信号频谱中各 应的有限脉冲响应 (Finite impulse response, FIR)
类线谱组幅值大小及其连续谱分量是影响噪声音 滤波器即可得到连续谱分量 [8] 。
2
色的重要部分，依据实测信号调整仿真信号线谱幅 首先产生方差为 σ 的高斯白噪声随机序列信
0
值以及连续谱分量可以在一定程度上改善听觉感 号 {x(m)}，并对其进行傅里叶变换，得到高斯白噪
受。但是由于实测噪声信号中各类线谱繁杂，在某 声的频域随机序列 {X(k)}。然后把满足特定舰船
些特征线谱之外还存在随机线谱，有时特征线谱也 辐射噪声连续谱特性的滤波器响应函数H (ω)进行
会发生偏移，这些往往与舰艇的航行状态或者环境 频域离散化，得到频域序列 {H(k)}。将 {H(k)} 与
扰动有关系，在建立仿真模型时一般不对其进行考 {X(k)}相乘，得到频域新序列{Y c (k)}有
虑。因此直接通过实测信号线谱幅值构建仿真信号
{Y c (k)} = {H(k)} {X(k)} . (3)
线谱幅值所得到的结果往往并不理想。本文通过实
测数据构建特征滤波器，并基于实测数据的音色参 最后，将{Y c (k)} 进行反傅里叶变换，得到时域序列
量来构建线谱族的特征幅值参量，通过对比整体实 {Y c (m)}，{Y c (m)} 即为具有高斯振幅分布，谱级曲
测信号的听觉特性来搜索符合特征样本音色的线 线满足要求的连续谱时域序列。
谱族幅值参量，在一定程度上改善了仿真信号的听 为了更好地模拟舰船辐射噪声连续谱特性本
觉特征，而又不失一般性，得到了符合工程应用的 文采用兼顾频谱参数和听觉感受的方法，利用采集
结果。 到的不同航行状态下的舰艇目标噪声谱，进行平滑
平均处理后针对其特征谱峰频率、谱级设计特定频
1 线谱模拟 响的滤波器，通过宽带噪声来模拟连续谱噪声 [9] 。
首先对获取的某航船目标在中速运动的辐射
舰艇辐射噪声线谱成分主要与其动力系统、推
噪声谱进行连续谱提取并进行平滑平均处理，采用
进器有关系 [1] 。在这其中，由舰艇推进器运转产生
的是某商船目标的辐射噪声信号，采样率为22 kHz，
的线谱信号与螺旋桨转速有一定关系，其幅值与频
其连续谱信号如图 1 所示，为了方便提取滤波器
率随转速变化，拥有一系列谐波分量，可以表示为
设计所用参数，对实测信号进行平滑处理，如图 2
f = nms, (1) 所示。
式(1)中，n表示谐波号数，m为叶片数，s为转速，主 提取上述连续谱的谱峰频率 f 0 以及相应的谱
要分布于100 Hz以下的低频带。另一部分主要由机 级SL 0 ，文献 [9]中按照人耳的听觉特性采用了倍频
械噪声组成，包括连续运转的工作部件产生的周期 程取样法，取得了不错的成果。本文在处理取样问
分量，主要有机械不平衡导致的噪声、往复不平衡 题借鉴了相关手段，在 [1, f 0 ) 和 (f 0 , f s /2] 两个区间
导致的噪声以及齿轮噪声，柴油机工作时往复机活 同时按照倍频程取样，按照相应的样本构建特定频
塞导致的拍击噪声、电动机推动时产生的电磁力脉 率响应滤波器，如图3所示。
