Page 100 - 《应用声学》2021年第3期

418 2021 年 5 月

面，使用线性插值拟合延长。处理后的数据中双轴 将两种剖面分别作为序列 1、序列2，进行EMD
声道与表面声道声速剖面如图 2 所示，双轴声道在 分解，以获得若干个固有分量函数。如图 3 所示，两
100 m上下出现声速局部极大值。 序列分量 1、2、3 的 Hilbert 边际谱之间存在明显的
模态混叠问题，无法将EMD分解层数作为VMD 层
0 数进行分解。
100 基于 Otsu 原则处理 EMD 分量，划分各边际谱
200 的主频带范围，细节如图4 所示，序列 1、序列 2 的第
ງए/m 300 2 分量经处理划分出主频带，将阈值以上的幅值作
为主频带幅值，低于阈值的作为背景噪声部分。
400
500 将经典 VMD 边际谱与改进 VMD 边际谱进行
Ӓౝԥᣉܦ᥋
600 Ӓౝ᛫᭧ܦ᥋ 对比，如图 5、图 6 所示，VMD 层数选择对特征提取
700 准确度影响极大。图 5 为相关系数较大为 0.9993 的
1430 1435 1440 1445 1450 1455 1460 1465
ܦᤴϙ/(mSs -1 ) 情况，图 5(b) 中算法改进后的边际谱明显比图 5(a)
在低频处谱值增大，峰值增多；图6 为相关系数较小
图 2 北极双轴声道与表面声道声速剖面
为 0.8734 的情况，改进前后边际谱变化较小，未出
Fig. 2 Sound speed profile of polar double channel
and surface channel 现明显新峰值。

0.4 0.4
Ѭ᧚1 0.2 Ѭ᧚1 0.2

0 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1.0
Ѭ᧚2 0.5 Ѭ᧚2 0.5

0 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
2
Ѭ᧚3 0.5 Ѭ᧚3 1

0 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) ऀѵ1 (b) ऀѵ2
图 3 序列 1、序列 2 分量边际谱
Fig. 3 Component marginal spectrums of Sequence 1, 2

1.0
Ѭ᧚᣸ᬅ៨ 0.6 Ѭ᧚᣸ᬅ៨
0.8 ᫠ϙጳ ᫠ϙጳ
ܸ̆᫠ϙᄊࣨϙ 0.5 ܸ̆᫠ϙᄊࣨϙ
0.6
0.4
ࣨϙ ࣨϙ
0.4 0.3
0.2
0.2
0.1
0 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
ᅯ௑ᮠဋ/Hz ᅯ௑ᮠဋ/Hz
(a) ऀѵ1 (b) ऀѵ2
图 4 IMF 分量边际谱主频带
Fig. 4 IMF component marginal spectral main band